Asi před 14 miliardami let se veškerá hmota ve vesmíru spontánně vybuchla z jediné, nekonečně malé, nekonečně husté skvrny. Lze s jistotou říci, že tato událost, Velký třesk, byla největší explozí v historii vesmíru. Nyní se vědci dívají na některé z nejmenších výbuchů ve vesmíru - malé chemické výbuchy ve zkumavce o šířce 2 palce (5 centimetrů) - aby se pokusili vysvětlit, jak k tomuto prvotnímu výbuchu mohlo dojít.
Podle autorů nové studie, zveřejněné ve čtvrtek (31. října) v časopise Science, každá exploze ve vesmíru - ať už jde o supernovovou hvězdu nebo poslední kapku benzínu spáleného v motoru vašeho vozidla - následuje podobný soubor pravidla.
Tato pravidla je však obzvláště obtížné zavěsit pro neomezené výbuchy (ty, které se vyskytují venku, bez jakýchkoli stěn nebo bariér, které je obklopují), protože tyto výbuchy se mohou proměnit z plamene ohně v chaotickou ohnivou kouli se zdánlivě žádnou provokací . Nyní, když studovali řadu kontrolovaných chemických výbuchů ve své laboratoři, autoři studie uvedli, že přišli na „jednotný mechanismus“ neomezených explozí, který spojuje nejmenší a největší výbuchy ve vesmíru.
Klíčem, který tým zjistil, jsou turbulence; při dostatečném víření plamenem se může vytvářet velké množství tlaku, dokud plamen nevyvolá rázovou vlnu, která způsobí explozi. Tento objev by mohl být kritickým nástrojem k pochopení toho, jak se supernovy vyskytují, a dokonce by mohl vědcům poskytnout vodítko, jak se Velký třesk spontánně vyvinul z jádra hmoty do vesmíru, jak jej známe, uvedli vědci.
„Definovali jsme kritická kritéria, kde můžeme řídit plamen, aby si vytvořil vlastní turbulenci, spontánně zrychlil“ a poté explodoval, uvedl ve sdělení spoluautor studie Kareem Ahmed, pomocný profesor na University of Central Florida. "Když jsme začali hlouběji kopat, uvědomili jsme si, že to lze přirovnat k něčemu tak hlubokému, jako je původ vesmíru."
Výbuchy mohou uvolnit energii dvěma způsoby: prostřednictvím deflagrace, kdy plamen uvolňuje tlakové vlny, které se pohybují pomaleji než rychlost zvuku (myslím, že blikající svíčka uvolňuje teplo), nebo detonaci, když se vlny pohybují směrem ven nadzvukovou rychlostí (myslete na tyč TNT) vybuchující). V mnoha případech může deflagrace vést k detonaci a tento přechod (známý jako přechod deflagrace na detonaci nebo DDT) je klíčem k vysvětlení toho, jak supernovy vystřelily do akce, psali autoři studie.
Simulace v předchozích studiích ukázaly, že plameny v procesu deflagrace se mohou spontánně urychlit, pokud jsou vystaveny velkému množství turbulencí. Toto zrychlení vytváří silné rázové vlny, díky nimž je plamen stále nestabilnější, což může nakonec proměnit událost v násilnou detonaci.
Tento proces by mohl vysvětlit, jak mohou bílí trpaslíci (kompaktní mrtvoly kdysi mocných hvězd) doutnat ve vesmíru miliony let, než se spontánně vypuknou při výbuchu supernovy. Vysvětlení DDT exploze supernovy však bylo v simulacích validováno a experimentálně nikdy neprokázáno. (Supernovy se notoricky těžko vytvářejí na Zemi, aniž by tím vznikly značné náklady na léčbu a údržbu.) V jejich nové studii vědci tento proces testovali pomocí řady malých chemických explozí, které se mohou vyvíjet stejným způsobem, jako by vzdálená supernova.
Tým zapálil jejich výbuchy ve speciálním zařízení zvaném turbulentní rázová trubice, dutá, 5 stop dlouhá (1,5 metru), 1,8 palce široká (4,5 cm) trubice s jiskrovým zapalovačem na jednom konci. Druhý konec zkumavky byl ponechán otevřený (umožňující neomezený výbuch) a celé zařízení bylo vyloženo kamerami a tlakovými senzory.
Tým naplnil zkumavku různými koncentracemi plynného vodíku a pak zažehl plamen. Jak se rozšiřoval a tlačil směrem k otevřenému konci trubice, plamen prošel řadou malých roštů, díky nimž byl oheň stále více turbulentní. Tlak narůstající před turbulentním plamenem, konečně vytvářející nadzvukové rázové vlny a spouštějící detonaci, která prudce stoupala po délce trubice až pětkrát rychlostí zvuku. (Žádní vědci nebyli těmito řízenými výbuchy zraněni.)
Na základě výsledků experimentů s chemickým plamenem vědci vytvořili nový model, který simuluje, jak by výbuchy supernovy mohly za podobných podmínek vybuchnout. Vědci zjistili, že vzhledem k správné hustotě a typu hmoty uvnitř hvězdy by hořící vnitřek bílého trpaslíka mohl skutečně vytvořit dostatek turbulentních vln, které by vyvolaly spontánní výbuch, stejně jako ty, které jsou vidět v laboratoři.
Tyto výsledky, budou-li ověřeny dalším výzkumem, přispějí nejen k rozšíření našich vědeckých poznatků o hvězdných explozích; mohou také zlepšit naše chápání (podstatně menších) výbuchů, které pohánějí naše auta, letadla a kosmické lodě na Zemi, uvedli vědci. Udržujte své uši otevřené pro větší rány, které teprve přijdou.
