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Astronomy & Astrophysics manuscript no. paper ©ESO 2025 March 19, 2025 Origin of holes and rings in the Green Monster of Cassiopeia A: Insights from 3D magnetohydrodynamic simulations S. Orlando1, H.-T. Janka2, A. Wongwathanarat2, F. Bocchino1, I. De Looze3, D. Milisavljevic4, M. Miceli5, 1, T. Temim6, J. Rho7, 8, S. Nagataki9, 10, 11, M. Ono12, 9, V. Sapienza1, and E. Greco1 1 INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Piazza del Parlamento 1, I-90134 Palermo, Italy e-mail: salvatore.orlando@inaf.it 2 Max-Planck-Institut für Astrophysik, Karl-Schwarzschild-Str. 1, D-85748 Garching, Germany 3 Sterrenkundig Observatorium, Ghent University, Krijgslaan 281 – S9, B-9000 Gent, Belgium 4 Department of Physics and Astronomy, Purdue University, 525 Northwestern Avenue, West Lafayette, IN 47907, USA 5 Dip. di Fisica e Chimica, Università degli Studi di Palermo, Piazza del Parlamento 1, 90134 Palermo, Italy 6 Princeton University, 4 Ivy Ln, Princeton, NJ 08544, USA 7 SETI Institute, 339 Bernardo Avenue, Suite 200, Mountain View, CA 94043, USA 8 Department of Physics and Astronomy, Seoul National University, Gwanak-ro 1, Gwanak-gu, Seoul, 08826, Republic of Korea 9 Astrophysical Big Bang Laboratory (ABBL), RIKEN Cluster for Pioneering Research, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan 10 RIKEN Interdisciplinary Theoretical & Mathematical Science Program (iTHEMS), 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan 11 Astrophysical Big Bang Group (ABBG), Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), 1919-1 Tancha, Onna-son, Kunigami-gun, Okinawa 904-0495, Japan 12 Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, No.1, Sec.4, Roosevelt Road, Taipei 106319, Taiwan Received XXX; accepted XXX ABSTRACT Context. The supernova remnant (SNR) Cassiopeia A (Cas A) offers a unique opportunity to study supernova (SN) explosion dy- namics and remnant interactions with the circumstellar medium (CSM). Recent observations with the James Webb Space Telescope (JWST) have unveiled an enigmatic structure within the remnant, termed “Green Monster” (GM), whose properties indicate a CSM origin. Aims. Our goal is to investigate the properties of the GM and uncover the origin of its intriguing pockmarked structure, characterized by nearly circular holes and rings. We aim to examine the role of small-scale ejecta structures in shaping these features through their interaction with a dense circumstellar shell. Methods. We adopted a neutrino-driven SN model to trace the evolution of its explosion from core collapse to the age of the Cas A remnant using high-resolution 3D magnetohydrodynamic simulations. Besides other processes, the simulations include self-consistent calculations of radiative losses, accounting for deviations from electron-proton temperature equilibration and ionization equilibrium, as well as the ejecta composition derived from the SN. Results. The observed GM morphology can be reproduced by the interaction of dense ejecta clumps and fingers with an asymmetric, forward-shocked circumstellar shell. The clumps and fingers form by hydrodynamic instabilities growing at the interface between SN ejecta and shocked CSM. Radiative cooling accounting for effects of non-equilibrium of ionization enhances the ejecta fragmentation, forming dense knots and thin filamentary structures that penetrate the shell, producing a network of holes and rings with properties similar to those observed. Conclusions. The origin of the holes and rings in the GM can be …더보기
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번역 (Translation):
천문학 및 천체 물리학 원고 번호. 종이 © ESO 2025 2025 년 3 월 19 일, Cassiopeia의 녹색 괴물에서 구멍과 고리의 기원 : 3D Magnetohydrodynamic Simulations의 통찰력 S. Orlando1, H.-T. Janka2, A. Wongwathanarat2, F. Bocchino1, I. de Looze3, D. Milisavljevic4, M. Miceli5, 1, T. Temim6, J. Rho7, 8, S. Nagataki9, 10, 11, M. Ono12, 9, V. Sapienza1 및 E. Greco1 1 Inaf – Isosservatorio worloco worloco worloco worloco dele Parlamento 1, I-90134 Palermo, Italy 이메일 : salvatore.orlando@inaf.it 2 Max-Planck-Institut Für Astrophysik, Karl-Schwarzschild-str. 1, D-85748 GARCHING, GARCHING, 독일 3 Sterrenkundig Observatorium, Ghent University, Krijgslaan 281-S9, B-9000 Gent, BELGIIM 4 물리학과 천문학, Purdue University, West LaFayette, Northwestern Avenue, 47907, USA 5 Dip. Di fisica e Chimica, Università degli Studi di Palermo, Piazza del Parlamento 1, 90134 Palermo, Italy 6 Princeton University, 4 Ivy LN, Princeton, NJ 08544, USA 7 Seti Institute, 339 Bernardo Avenue, Suite 200, CA 94043, 미국 물리학 및 세문대 및 Astromy, Astr. Gwanak-Ro 1, Gwanak-Gu, Seoul, 08826, 공화국 9 천체 물리학 빅뱅 실험실 (ABBL), 선구적인 연구를위한 리켄 클러스터, 2-1 히로사와, 와코, 사이타마 351-0198, 일본 10 리켄 interdistiplinary teentical & science (Ithems) 사이타마 351-0198, 일본 11 천체 물리학 빅뱅 그룹 (ABBG), 오키나와 과학 기술 연구소 (OIST), 1919-1 Tancha, Onna-Son, Kunigami-gun, Okinawa 904-0495, Japan 12 Astronomy and Astophysics, Academia Sinica, No.1, Sec.4, Roosevelt Road, Taite Road. 대만은 XXX를 받았다. 허용 XXX 초록 컨텍스트. Supernova Remnant (SNR) Cassiopeia A (CAS A)는 Supernova (SN) 폭발을 연구 할 수있는 독특한 기회를 제공하고 Equiverstellar Medium (CSM)과의 남은 상호 작용을 제공합니다. James Webb Space Telescope (JWST)에 대한 최근의 관찰은 “녹색 몬스터”(GM)이라고 불리는 남은 내에서 수수께끼의 구조를 공개했으며, 그의 특성은 CSM 기원을 나타냅니다. 목표. 우리의 목표는 GM의 특성을 조사하고 거의 원형 구멍과 고리로 특징 지어지는 흥미로운 포적 구조의 기원을 밝히는 것입니다. 우리는 조밀 한 상황 쉘과의 상호 작용을 통해 이러한 특징을 형성하는 데있어 소규모 이젝트 구조의 역할을 조사하는 것을 목표로합니다. 행동 양식. 우리는 중성미자 중심의 SN 모델을 채택하여 고해상도 3D 마그네토 히드 역학 시뮬레이션을 사용한 CAS의 붕괴에서 CAS의 연령으로 폭발의 진화를 추적했습니다. 다른 프로세스 외에도, 시뮬레이션에는 방사 손실에 대한 자기 일관된 계산, 전자-프로 톤 온도 평형 및 이온화 평형과의 편차 및 SN에서 파생 된 Ejecta 조성물을 설명하는 것이 포함됩니다. 결과. 관찰 된 GM 형태는 비대칭, 전진적인 상황 쉘과 밀집된 이젝트 덩어리와 손가락의 상호 작용에 의해 재현 될 수있다. 덩어리와 손가락은 Sn ejecta와 충격적인 CSM 사이의 인터페이스에서 자라는 유체 역학적 불안정에 의해 형성됩니다. 이온화의 비평 형의 영향을 설명하는 복사 냉각은 Ejecta 단편화를 향상시켜 밀도가 높은 매듭과 쉘에 침투하는 얇은 필라멘트 구조를 형성하여 관찰 된 것과 유사한 특성으로 구멍 및 고리 네트워크를 생성합니다. 결론. GM의 구멍과 고리의 기원은 …
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