Ny undersøgelse kaster lys over forhold, der udløser supernovaeksplosioner (Opdatering)

At forstå den termonukleare eksplosion af Type Ia supernovaer - kraftfulde og lysende stjerneeksplosioner - er kun mulig gennem teoretiske modeller, som tidligere ikke var i stand til at redegøre for mekanismen, der detonerede eksplosionen.

En af de vigtigste dele af denne eksplosion, findes stort set i alle modeller, er dannelsen af ​​en supersonisk reaktionsbølge kaldet detonation, som kan rejse hurtigere end lydens hastighed og er i stand til at brænde alt materialet af en stjerne op, før det bliver spredt ud i rummets vakuum.

Men, fysikken i de mekanismer, der skaber en detonation i en stjerne, har været uhåndgribelig.

Nu, et team af forskere fra University of Connecticut, Texas A&M University, University of Central Florida, Naval Research Laboratory, og Air Force Research Laboratory har udviklet en teori, der kaster lys over den gådefulde proces med detonationsdannelse i hjertet af disse bemærkelsesværdige astronomiske begivenheder.

Forskningen, udgivet 1. november i Videnskab , tilbyder en kritisk forståelse af denne fysiske proces både i stjerner og også i kemiske systemer på Jorden. Det blev ledet af Alexei Poludnenko, UConn School of Engineering og Texas A&M University; i samarbejde med Jessica Chambers og Kareem Ahmed, University of Central Florida; Vadim Gamezo, søens forskningslaboratorium; og Brian Taylor, Air Force Research Laboratory.

For første gang, forskere var i stand til at demonstrere processen med detonationsdannelse fra en langsom subsonisk flamme ved hjælp af både eksperimenter og numeriske simuleringer udført på nogle af de største supercomputere i nationen. De anvendte også med succes resultaterne til at forudsige betingelserne for detonationsdannelse i et af de klassiske teoretiske scenarier for Type Ia supernovaeksplosion.

Type Ia supernovaeksplosioner sker, når kulstof og ilt pakkes til en tæthed på omkring 1, 000 tons pr. kubikcentimeter i stjernekernen brænder hurtigt, termonukleære reaktioner. Den resulterende eksplosion forstyrrer en stjerne i løbet af få sekunder og udstøder det meste af dens masse, mens den udsender en mængde energi svarende til den energi, som stjernen udsender i hele dens levetid.

Typisk, for at danne en detonation, afbrænding skal ske i lukkede omgivelser med vægge, forhindringer, eller grænser, som kan begrænse trykbølger, der frigives ved afbrænding.

Når trykket stiger, chokbølger dannes, som kan vokse i styrke til det punkt, hvor de kan komprimere den reagerende blanding og antænde den og producere en selvopretholdende supersonisk front. Stjerner har ikke vægge eller forhindringer, hvilket gør dannelsen af ​​en detonation gådefuld.

I dette studie, holdet udviklede en samlet teori om turbulens-induceret deflagration-til-detonation, der beskriver mekanismen og betingelserne for at starte detonation både i ubegrænsede kemiske og termonukleare eksplosioner.

Ifølge teorien, hvis man tager reaktiv blanding, som forbrænder og frigiver energi, og rører det op for at skabe intens turbulens, en katastrofal ustabilitet kan resultere og vil hurtigt øge trykket i systemet, hvilket producerer stærke stød og antænder en detonation. Bemærkelsesværdigt forudsiger denne teori betingelserne for detonationsdannelse i Type Ia supernovaer.

Forskere var i stand til at få indsigt i de grundlæggende aspekter af de fysiske processer, der styrer supernovaeksplosioner, fordi termonukleære forbrændingsbølger ligner kemiske forbrændingsbølger på Jorden, idet de styres af de samme fysiske mekanismer.

På grund af lighederne, resultaterne kan anvendes på forskellige terrestriske forbrændingssystemer, hvor detonationer kan dannes, såsom sammenhængen med industriulykker, der involverer gaseksplosioner, såvel som nye fremdrifts- og energikonverteringsapplikationer, såsom detonationsbaserede motorer.