Prije otprilike 14 milijardi godina, sva je materija u svemiru spontano izbila iz jedne, beskonačno male, beskonačno guste mrlje. Sigurno je reći da je ovaj događaj, Veliki prasak, bio najveća eksplozija u povijesti svemira. Sada znanstvenici promatraju neke od najmanjih eksplozija u svemiru - sitne kemijske eksplozije u cijevi širokoj 2 centimetra (5 centimetara) - kako bi pokušali objasniti kako se ta iskonska eksplozija možda dogodila.
Prema autorima nove studije, objavljenoj u četvrtak (31. listopada) u časopisu Science, svaka eksplozija u kozmosu - bilo da se radi o supernovi zvijezde ili posljednjoj kapi benzina koja gori u motoru vašeg automobila - slijedi sličan skup pravila.
Međutim, ta su pravila posebno teška za nekonfinirane eksplozije (one koje se događaju na otvorenom, bez ikakvih zidova ili barijera) jer se ove eksplozije mogu pretvoriti iz plamenjače u kaotičnu vatrenu kuglu s naizgled nikakvom provokacijom , Sada, nakon proučavanja niza kontroliranih kemijskih eksplozija u svom laboratoriju, autori studije rekli su da su pronašli "unificirani mehanizam" nekonfiniranih eksplozija koji povezuju najmanje i najveće eksplozije u svemiru.
Ključ je, utvrdio je tim, turbulencija; s dovoljno turbulencije koje zavijaju plamen, velike količine pritiska mogu se povećati, sve dok plamen ne oslobodi udarni val koji pokrene eksploziju. Ovo otkriće moglo bi biti kritično sredstvo u razumijevanju točno kako se supernove događaju, a čak bi moglo i naučnicima dati pojma kako se Veliki prasak spontano razvio iz gomile materije u svemir kao što to znamo, rekli su istraživači.
"Definirali smo kritične kriterije gdje možemo pokrenuti plamen da sami generiramo vlastitu turbulenciju, spontano ubrzavamo", a zatim eksplodiramo, rekao je u izjavi koautor studije Kareem Ahmed, docent na Sveučilištu Centralna Florida. "Kad smo počeli dublje kopati, shvatili smo da se to može povezati s nečim dubokim kao i podrijetlom svemira."
Eksplozije mogu oslobađati energiju na dva načina: putem deflagracije, kada plamen oslobađa valove pod pritiskom koji se kreću sporije od brzine zvuka (mislite da trepereća svijeća oslobađa toplinu), ili detonaciju, kada se valovi kreću prema van s nadzvučnim brzinama (pomislite štap TNT-a) eksplodirajući). U mnogim slučajevima deflagracija može dovesti do detonacije, a taj prijelaz (poznat kao prijelaz deflagracije u detonaciju ili DDT) ključan je za objašnjenje kako supernova eksplodira na djelu, napisali su autori studije.
Simulacije u prethodnim studijama pokazale su da plamen u procesu deflagracije može spontano ubrzati ako su izloženi puno turbulencija. Ovo ubrzanje proizvodi snažne udarne valove koji plamen postaju sve nestabilniji, što bi u konačnici događaj moglo pretvoriti u nasilnu detonaciju.
Ovaj bi postupak mogao objasniti kako bijeli patuljci (kompaktni leševi nekada moćnih zvijezda) mogu tinjati u svemiru milijunima godina prije nego što su spontano eruptirali eksplozijama supernove. Međutim, DDT objašnjenje eksplozije supernove potvrđeno je samo u simulacijama i nikada nije eksperimentalno testirano. (Supernove je notorno teško stvoriti na Zemlji, a da ne nastanu značajni troškovi liječenja i održavanja.) Dakle, u svojoj novoj studiji istraživači su proces testirali nizom sitnih kemijskih eksplozija, koje se mogu razvijati na isti način kao što bi udaljena supernova imala.
Tim je svoje eksplozije upalio u posebnom uređaju zvanom turbulentna udarna cijev, šupla, 1,5 metra dugačka (1,5 metra), široka 1,8 centimetara (4,5 cm) cijev s jednim paljenjem na jednom kraju. Drugi kraj cijevi ostavljen je otvoren (što omogućuje neskrivenu eksploziju), a cijeli je uređaj bio obložen kamerama i senzorima tlaka.
Tim je cijev napunio raznim koncentracijama vodikovog plina, a zatim upalio plamen. Kako se širio i kretao prema otvorenom kraju cijevi, plamen je prolazio kroz niz sitnih rešetki zbog kojih je vatra postala sve jača. Pritisak postavljen ispred turbulentnog plamena, napokon stvarajući nadzvučni udarni val i izazivajući detonaciju koja je niz duljinu cijevi spuštala do pet puta veću brzinu zvuka. (Ni jedan znanstvenik nije ozlijeđen u tim kontroliranim eksplozijama.)
S rezultatima eksperimenata s kemijskim plamenom, istraživači su stvorili novi model kako bi simulirali kako eksplozije supernove mogu eksplodirati u sličnim uvjetima. Znanstvenici su otkrili da, s obzirom na pravu gustoću i vrstu materije u zvijezdi, unutrašnjost bijelog patuljka zaista može stvoriti dovoljno turbulentne valove koji bi izazvali spontanu eksploziju, baš kao i one koje su viđene u laboratoriju.
Ovi rezultati, ako se provjere daljnjim istraživanjima, donijet će više nego samo proširiti naše znanstveno znanje o zvjezdanim eksplozijama; oni bi također mogli poboljšati naše razumijevanje (znatno manjih) eksplozija koje pokreću naše automobile, avione i svemirske brodove ovdje na Zemlji, rekli su istraživači. Držite uši otvorene za veće šiške koje tek dolaze.
