Noin 14 miljardia vuotta sitten, kaikki maailmankaikkeuden asia puhkesi spontaanisti yhdestä, äärettömän pienestä, äärettömän tiheästä pisteestä. On turvallista sanoa, että tämä tapahtuma, Big Bang, oli suurin räjähdys maailmankaikkeuden historiassa. Nyt tutkijat tarkastelevat joitain pienimmistä räjähdyksistä maailmankaikkeudessa - pieniä kemiallisia räjähdyksiä 2 tuuman leveässä (5 senttimetrin) putkessa - yrittääkseen selittää, kuinka tuo alkeellinen räjähdys on tapahtunut.
Uuden tutkimuksen (julkaistu torstaina (31. lokakuuta) lehdessä Science) tekijöiden mukaan jokainen kosmoksen räjähdys - onko kyse tähtien supernovasta tai viimeisestä bensiinin tipasta, joka polttaa autosi moottorissa - seuraa samanlaista sarjaa sääntöjä.
Näitä sääntöjä on kuitenkin erityisen vaikea kiinnittää määrittelemättömiin räjähdyksiin (sellaisiin, jotka tapahtuvat ulkona, ilman seiniä tai esteitä, jotka asettavat niitä sisään), koska nämä räjähdykset voivat muuttua liekin palasista kaoottiseksi tulipalloksi, jolla ei näytä olevan provosointia. . Tutkittuaan nyt laboratoriossaan hallittuja kemiallisia räjähdyksiä sarjan tutkimuksen tekijät sanoivat keksineensä keksimättömän räjähdyksen "yhtenäisen mekanismin", joka yhdistää maailmankaikkeuden pienimmän ja suurimman räjähdyksen.
Avain, ryhmä löysi, on turbulenssi; Jos liekki kiertää tarpeeksi turbulenssia, voi muodostua suuria määriä paineita, kunnes liekki vapauttaa räjähdyksen aiheuttavan iskuaallon. Tämä löytö voi olla kriittinen työkalu ymmärtää tarkalleen kuinka supernovat esiintyvät ja saattaa jopa antaa tutkijoille vihjeen siitä, kuinka iso räjähdys kehittyi spontaanisti aineenpohjasta universumiin sellaisena kuin me sen tiedämme, tutkijat sanoivat.
"Määrittelimme kriittiset kriteerit, joiden avulla voimme sytyttää liekin itsensä luomaan omaan turbulenssiinsa, kiihtyä spontaanisti" ja räjähtää sitten, tutkimuksen avustaja Kareem Ahmed, Keski-Floridan yliopiston apulaisprofessori, sanoi lausunnossaan. "Kun aloimme kaivaa syvemmälle, huomasimme, että tämä voi olla yhteys niin syvälliseen kuin maailmankaikkeuden alkuperä."
Räjähdykset voivat vapauttaa energiaa kahdella tavalla: deflagoitumisen kautta, kun liekki vapauttaa äänenopeutta hitaammin liikkuvia paineaaltoja (ajattele vilkkuvaa kynttilää, joka vapauttaa lämpöä), tai räjähdystä, kun aallot liikkuvat ulospäin yliäänenopeuksilla (ajattele TNT: n sauva) räjähtänyt). Monissa tapauksissa deflagoituminen voi johtaa räjähdykseen, ja kyseinen siirtymä (tunnetaan nimellä deflagration to dettonation transfer ehk DDT) on avain selitettäessä, kuinka supernovas räjähtää toimintaan, tutkimuksen kirjoittajat kirjoittivat.
Aikaisemmissa tutkimuksissa suoritetut simulaatiot ovat osoittaneet, että liekit syttymisprosessissa voivat kiihtyä spontaanisti, jos ne altistuvat paljon turbulenssille. Tämä kiihtyvyys tuottaa voimakkaita iskuaaltoja, jotka tekevät liekistä entistä epävakaamman, mikä saattaa viime kädessä muuttaa tapahtuman rajuksi räjähdykseksi.
Tämä prosessi voisi selittää kuinka valkoiset kääpiöt (kerran mahtavien tähtijen pienikokoiset ruumiit) voivat kuohua avaruudessa miljoonia vuosia ennen kuin ne purskautuvat spontaanisti supernoova-räjähdyksissä. Supernovan räjähdyksen DDT-selitys on kuitenkin koskaan validoitu simulaatioissa eikä sitä ole koskaan testattu kokeellisesti. (Supernovoja on tunnetusti vaikea luoda maan päällä aiheuttamatta merkittäviä lääketieteellisiä ja ylläpitokustannuksia.) Joten uudessa tutkimuksessaan tutkijat kokeilivat prosessia pienten kemiallisten räjähdysten avulla, jotka voivat kehittyä samalla tavalla kuin kaukainen supernoova.
Ryhmä sytytti räjähdykset erityisellä laitteella, jota kutsuttiin turbulenttiseksi iskuputkeksi, onton, 5 jalkaa pitkä (1,5 metriä), 1,8 tuumaa leveä (4,5 cm) putken päälle, jonka toisessa päässä on kipinäsytytin. Putken toinen pää jätettiin avoimeksi (mahdollistaen rajoittamattoman räjähdyksen), ja koko laite vuorattiin kameroilla ja paineantureilla.
Joukkue täytti putken eri pitoisuuksilla vetykaasua, sitten sytyi liekin. Kun se laajeni ja ajoi kohti putken avointa päätä, liekki kulki pienten ritilien sarjan läpi, mikä teki tulipalon yhä turbulentimmaksi. Paine asennettu turbulenttisen liekin eteen, jolloin lopulta muodostuu yliäänisiä iskuaaltoja ja laukaisee räjähdyksen, joka räjäytti putken pituuden jopa viisinkertaiseksi äänenopeudella. (Yksikään tutkija ei loukkaantunut näistä hallituista räjähdyksistä.)
Kemiallisten liekki-kokeiden tuloksilla tutkijat loivat uuden mallin simuloidaksesi kuinka supernoovan räjähdykset voivat räjähtää samanlaisissa olosuhteissa. Tutkijat havaitsivat, että ottaen huomioon oikean tiheyden ja ainetyypin tähtien sisällä, valkoisen kääpiön palava sisustus voi todellakin luoda tarpeeksi pyörteitä aaltoja spontaanin räjähdyksen herättämiseksi, aivan kuten laboratoriossa.
Nämä tulokset, mikäli varmennetaan jatkotutkimuksilla, tekevät muutakin kuin vain lisäävät tieteellistä tietämystämme tähtien räjähdyksistä; Ne voivat myös parantaa ymmärrystämme (huomattavasti pienemmistä) räjähdyksistä, jotka ajavat autojamme, lentokoneitamme ja avaruusaluksiamme täällä maan päällä, tutkijat sanoivat. Pidä korvasi auki isommille otsatupeille vielä tulematta.
