Близько 14 мільярдів років тому вся матерія у Всесвіті спонтанно виверглася з однієї, нескінченно малої, нескінченно щільної плямистості. Можна сміливо сказати, що ця подія, Великий вибух, була найбільшим вибухом в історії Всесвіту. Зараз вчені розглядають деякі найменші вибухи у Всесвіті - крихітні хімічні вибухи в 2-дюймовій (5 сантиметровій) трубці - щоб спробувати пояснити, як може статися цей первинний вибух.
Як стверджують автори нового дослідження, опублікованого в четвер (31 жовтня) в журналі Science, кожен вибух у космосі - будь то зоряна суперна або остання крапля бензину, що згорає в двигуні вашого автомобіля, - відповідає аналогічному набору правила.
Однак ці правила особливо важко прив’язати до вишуканих вибухів (тих, що трапляються на відкритому повітрі, без будь-яких стін чи бар'єрів, що їх укладають), оскільки ці вибухи можуть перетворитись із самороду полум'я в хаотичну вогняну кулю, начебто без провокації . Тепер, вивчивши серію керованих хімічних вибухів у своїй лабораторії, автори дослідження сказали, що вони винайшли "єдиний механізм" необроблених вибухів, що пов'язує найменші та найбільші вибухи у Всесвіті.
Ключова, виявлена команда, - турбулентність; при достатній турбулентності, що заграє полум’я, велика кількість тиску може наростати, поки полум’я не випустить ударну хвилю, яка іскрить вибух. Це відкриття може стати критичним інструментом для розуміння того, як саме виникають наднови, і навіть може дати вченим уявлення про те, як Великий вибух мимовільно еволюціонував із суцільної речовини у Всесвіт, як ми це знаємо.
"Ми визначили критичні критерії, за якими ми можемо заганяти полум'я, щоб самогенерувати власну турбулентність, спонтанно прискорюватись", а потім вибухати, - йдеться у співавторі дослідження Карема Ахмеда, доцента університету Центрального Флориди. "Коли ми почали копати глибше, ми зрозуміли, що це пов'язане з чимось настільки глибоким, як походження Всесвіту".
Вибухи можуть вивільнювати енергію двома способами: через дефляграцію, коли полум'я випускає хвилі тиску, які рухаються повільніше, ніж швидкість звуку (подумайте, що мерехтіння свічки, що виділяють тепло), або детонацію, коли хвилі рухаються назовні із надзвуковими швидкостями (думайте, паличка ТНТ вибухає). У багатьох випадках дефляграція може призвести до детонації, і цей перехід (відомий як перехід дефлаграції до детонації, або ДДТ) є ключовим для пояснення того, як вибухнуть дії супернових, пишуть автори дослідження.
Моделювання в попередніх дослідженнях показало, що полум'я в процесі дефляграції може мимовільно прискоритися, якщо вони зазнають великої кількості турбулентності. Це прискорення створює сильні ударні хвилі, які роблять полум'я все більш нестабільним, що в кінцевому рахунку може перетворити подію на жорстоку детонацію.
Цей процес міг би пояснити, як білі карлики (компактні трупи колись могутніх зірок) можуть тліти в космосі мільйони років, перш ніж мимовільно вибухати під час вибухів наднової. Однак пояснення DDT вибуху наднової води було лише підтверджено в симуляціях і ніколи не перевірено експериментально. (Супернові, як відомо, важко створити на Землі, не несучи значних витрат на медичне обслуговування та обслуговування.) Отже, у своєму новому дослідженні дослідники випробували цей процес за допомогою ряду крихітних хімічних вибухів, які можуть розвиватися так само, як і далеку наднову.
Команда запалила свої вибухи в спеціальному пристрої, який називався бурхливою ударною трубкою, порожнистою, 5-футовою (1,5 метра), 1,8-дюймовою (4,5 см) трубою, закритою на одному кінці іскровим запальником. Інший кінець трубки був залишений відкритим (що дозволило здійснити нерозбірливий вибух), і весь апарат був облицьований камерами та датчиками тиску.
Команда наповнила трубку різними концентраціями водню, потім розпалила полум'я. Коли вона розширювалася і рухалася до відкритого кінця трубки, полум’я проходило через низку крихітних решіток, які робили пожежу все більш бурхливою. Тиск, встановлене перед бурхливим полум'ям, нарешті створює надзвукові ударні хвилі і викликає детонацію, яка розгойдується вниз по довжині трубки до п'ятикратної швидкості звуку. (Ніякі вчені не постраждали від цих керованих вибухів.)
За результатами експериментів з хімічним полум'ям дослідники створили нову модель, щоб імітувати, як вибухи наднових можуть підірватися в подібних умовах. Вчені встановили, що, враховуючи правильну щільність та тип речовини всередині зірки, палаючий інтер'єр білого карлика справді може створити достатньо бурхливі хвилі, щоб розпалити стихійний вибух, як і ті, що спостерігаються в лабораторії.
Ці результати, якщо вони будуть підтверджені подальшими дослідженнями, не тільки розширять наші наукові знання про зоряні вибухи; Вони також могли б покращити наше розуміння вибухів (значно менших розмірів), які рухають наші машини, літаки та космічні кораблі тут, на Землі, вважають дослідники. Тримайте вуха відкритими для більшої чубчика.
