Asi pred 14 miliardami rokov sa všetka hmota vo vesmíre spontánne vybuchla z jedinej, nekonečne malej, nekonečne hustej škvrny. Dá sa povedať, že táto udalosť, Veľký tresk, bola najväčšou explóziou v histórii vesmíru. Vedci sa teraz pozerajú na niektoré z najmenších výbuchov vo vesmíre - malé chemické výbuchy v skúmavke so šírkou 2 centimetrov (5 centimetrov) - aby sa pokúsili vysvetliť, ako k tomu pravekému výbuchu mohlo dôjsť.
Podľa autorov novej štúdie uverejnenej vo štvrtok (31. októbra) v časopise Science každá explózia vo vesmíre - či už ide o hviezdnu supernovu alebo poslednú kvapku benzínu spaľovaného v motore vášho vozidla - sleduje podobný súbor pravidlá.
Tieto pravidlá sa však dajú len ťažko stanoviť na neurčité explózie (tie, ktoré sa vyskytujú vonku, bez akýchkoľvek stien alebo bariér, ktoré ich obklopujú), pretože tieto výbuchy sa môžu zmeniť z plameňa na chaotickú ohnivú guľu bez zdanlivo provokácie. , Teraz, keď študovali sériu kontrolovaných chemických výbuchov v laboratóriu, autori štúdie uviedli, že prišli na „jednotný mechanizmus“ nekontrolovaných výbuchov, ktorý spája najmenšie a najväčšie výbuchy vo vesmíre.
Kľúčom, ktorý tím zistil, sú turbulencie; Pri dostatočnom vírení plameňa môže vzniknúť veľké množstvo tlaku, až kým plameň neuvoľní rázovú vlnu, ktorá vyvolá explóziu. Tento objav by mohol byť kritickým nástrojom na pochopenie toho, ako sa vyskytujú supernovy, a mohol by dokonca vedcom naznačiť, ako sa Veľký tresk spontánne vyvinul z jadra hmoty do vesmíru, ako ho poznáme.
„Definovali sme kritické kritériá, podľa ktorých môžeme riadiť plameň, aby si generoval vlastné turbulencie, spontánne zrýchlil“ a potom explodoval, uviedol spoluautor štúdie Kareem Ahmed, pomocný profesor na University of Central Florida. „Keď sme začali hlbšie kopať, uvedomili sme si, že je to relatívne niečo také hlboké ako pôvod vesmíru.“
Výbuchy môžu uvoľniť energiu dvoma spôsobmi: prostredníctvom deflagrácie, keď plameň uvoľňuje tlakové vlny, ktoré sa pohybujú pomalšie ako rýchlosť zvuku (myslím, že blikajúca sviečka uvoľňuje teplo), alebo detonáciu, keď sa vlny pohybujú smerom von nadzvukovými rýchlosťami (myslite na tyč TNT) explodujúcej). V mnohých prípadoch môže deflagrácia viesť k detonácii a tento prechod (známy ako prechod deflagrácie na detonáciu alebo DDT) je kľúčom k vysvetleniu toho, ako supernovy pôsobia do akcie, napísali autori štúdie.
Simulácie v predchádzajúcich štúdiách ukázali, že plamene v procese deflagrácie sa môžu spontánne zrýchliť, ak sú vystavené veľkým turbulenciám. Toto zrýchlenie vytvára silné nárazové vlny, ktoré spôsobujú, že plameň je stále nestabilnejší, čo môže nakoniec viesť k násilnej detonácii.
Tento proces by mohol vysvetliť, ako môžu bieli trpaslíci (kompaktné mŕtvoly niekdajších mocných hviezd) doutierať vo vesmíre milióny rokov, než sa spontánne prepuknú pri výbuchoch supernovy. Vysvetlenie DDT o explózii supernovy však bolo v simuláciách validované a experimentálne nikdy nebolo testované. (Supernovy sa notoricky ťažko vytvárajú na Zemi bez toho, aby im spôsobili značné náklady na zdravotnú starostlivosť a údržbu.) Vo svojej novej štúdii vedci testovali tento proces pomocou série malých chemických výbuchov, ktoré sa môžu vyvíjať rovnakým spôsobom, ako by vzdialená supernova.
Tím zapálil svoje explózie v špeciálnom zariadení zvanom turbulentná rázová trubica, dutá, 5 metrov dlhá (1,5 metra) a 1,8 palca široká (4,5 cm) trubica s uzáverom iskier na jednom konci. Druhý koniec skúmavky bol ponechaný otvorený (umožňujúci neobmedzený výbuch) a celé zariadenie bolo pokryté kamerami a tlakovými snímačmi.
Tím naplnil skúmavku rôznymi koncentráciami plynného vodíka, potom zapálil plameň. Keď sa plameň rozširoval a poháňal smerom k otvorenému koncu rúrky, plameň prešiel radom malých mriežok, vďaka ktorým bol oheň stále viac turbulentný. Tlak namontovaný pred turbulentným plameňom, konečne vytvárajúci nadzvukové rázové vlny a spúšťajúci detonáciu, ktorá prudko stúpala po dĺžke trubice až päťkrát rýchlejšie ako zvuk. (Týmto kontrolovaným výbuchom neboli zranení žiadni vedci.)
Na základe výsledkov experimentov s chemickým plameňom vedci vytvorili nový model, ktorý simuluje, ako by výbuchy supernovy mohli explodovať za podobných podmienok. Vedci zistili, že vzhľadom na správnu hustotu a druh hmoty vo vnútri hviezdy by horiaci interiér bieleho trpaslíka mohol skutočne vytvoriť dostatok turbulentných vĺn, ktoré by vyvolali spontánny výbuch, rovnako ako tie, ktoré sú vidieť v laboratóriu.
Tieto výsledky, ak budú overené ďalším výskumom, prispejú nielen k rozšíreniu našich vedeckých poznatkov o hviezdnych výbuchoch; vedci tvrdia, že by mohli zlepšiť naše chápanie (podstatne menších) výbuchov, ktoré poháňajú naše autá, lietadlá a kozmické lode tu na Zemi. Udržujte svoje uši otvorené pre väčšie rany, ktoré ešte len prídu.
