Преди около 14 милиарда години цялата материя във Вселената спонтанно изригна от едно, безкрайно малко, безкрайно плътно петънце. Сигурно е да се каже, че това събитие, Големият взрив, беше най-голямата експлозия в историята на Вселената. Сега учените разглеждат някои от най-малките експлозии във Вселената - малки химически взривове в 2-инчова широка (5 сантиметра) тръба - за да се опитат да обяснят как може да се е случил този първичен взрив.
Според авторите на новото проучване, публикувано в четвъртък (31 октомври) в списание Science, всеки взрив в Космоса - независимо дали става въпрос за супернова звезда или последната капка бензин, изгорял в двигателя на колата ви - следва подобен набор от правила.
Тези правила обаче са особено трудни за нерафинирани експлозии (онези, които се появяват на открито, без стени или прегради, в които се боксират), тъй като тези взривове могат да се превърнат от самороден пламък в хаотична огнена топка с привидно без провокация , Сега, след като проучиха поредица от контролирани химически експлозии в лабораторията си, авторите на изследването казаха, че са измислили "единен механизъм" на неконфинирани експлозии, който свързва най-малките и най-големите взривове във Вселената.
Ключът, установен от екипа, е турбуленцията; при достатъчно турбулентност, навиваща пламък, могат да се натрупат големи количества налягане, докато пламъкът не освободи ударна вълна, която разпали експлозия. Това откритие може да бъде критично средство за разбирането на начина, по който възникват свръхновите и може дори да даде представа за това как Големият взрив спонтанно еволюира от вълна материя във Вселената, както я познаваме, казват изследователите.
"Дефинирахме критичните критерии, при които можем да задействаме пламък, за да генерираме собствена турбулентност, спонтанно да се ускорим" и след това да избухнем, каза в изявление съавторът на Карим Ахмед, доцент в Университета на Централна Флорида. "Когато започнахме да копаем по-дълбоко, разбрахме, че това е свързано с нещо толкова дълбоко, колкото произхода на Вселената."
Експлозиите могат да освободят енергия по два начина: чрез дефлаграция, когато пламъкът освобождава вълни под налягане, които се движат по-бавно от скоростта на звука (помислете за мигаща свещ, отделяща топлина), или детонация, когато вълните се движат навън със свръхзвукови скорости (помислете за пръчка на TNT взривяване). В много случаи дефлаграцията може да доведе до детонация и този преход (известен като преход дефлаграция към детонация или DDT) е от ключово значение за обяснението на това как свръхновите избухват в действие, пишат авторите на изследването.
Симулациите в предишни проучвания показват, че пламъците в процеса на дефлаграция могат спонтанно да се ускорят, ако са изложени на много турбулентност. Това ускорение произвежда силни ударни вълни, които правят пламъка все по-нестабилен, което в крайна сметка може да превърне събитието в силна детонация.
Този процес би могъл да обясни как белите джуджета (компактните трупове на някога могъщи звезди) могат да тлеят в космоса в продължение на милиони години, преди да избухнат спонтанно при експлозии на свръхнови. Въпреки това, DDT обяснението за експлозия на свръхнова е било валидирано само в симулации и никога не е тествано експериментално. (Суперновите са известни трудно е да се създадат на Земята, без да се правят значителни разходи за медицински и поддръжка.) Така че в своето ново проучване изследователите тестваха процеса чрез поредица от малки химически експлозии, които могат да се развият по същия начин, по който би се отдалечила далечна супернова.
Екипът запали експлозиите си в специално устройство, наречено бурна ударна тръба, куха, дълга 5 метра (1,5 метра), широка 1,8 инча (4,5 см) тръба, затворена с искрово запалване в единия край. Другият край на тръбата беше оставен отворен (което позволяваше неконфиниран взрив) и целият апарат беше облицован с камери и сензори за налягане.
Екипът напълни епруветката с различни концентрации на водороден газ, след което разпали пламък. Докато се разширяваше и задвижваше към отворения край на тръбата, пламъкът премина през поредица от малки решетки, които направиха огъня все по-бурен. Налягане, монтирано пред бурния пламък, накрая създава свръхзвукови ударни вълни и предизвиква детонация, която се разтърси по дължината на тръбата с до пет пъти по-голяма скорост на звука. (Никой учени не е пострадал от тези контролирани експлозии.)
С резултатите от експериментите с химически пламък изследователите създадоха нов модел, за да симулират как експлозии на свръхнови могат да се взривят при подобни условия. Учените откриха, че като се има предвид правилната плътност и вид материя вътре в една звезда, горящият интериор на бяло джудже наистина може да създаде достатъчно бурни вълни, които да разпалят спонтанен взрив, подобно на наблюдаваните в лабораторията.
Тези резултати, ако бъдат потвърдени от допълнителни изследвания, ще доведат до повече от просто разширяване на нашите научни познания за звездни експлозии; те също биха могли да подобрят нашето разбиране за (значително по-малките) експлозии, които задвижват нашите автомобили, самолети и космически кораби тук на Земята, казват изследователите. Дръжте ушите си отворени за предстоящите по-големи бретончета.
