Przejdź do treści

Nowe badanie rzuca światło na warunki, które powodują eksplozje supernowych

img

Zrozumienie termojądrowych eksplozji supernowych typu Ia jest możliwe tylko dzięki modelom teoretycznym, które wcześniej nie były w stanie wyjaśnić mechanizmu powodującego wybuchy.

Jednym z kluczowych elementów tej eksplozji, obecnym praktycznie we wszystkich modelach, jest tworzenie fali naddźwiękowej, która może poruszać się szybciej, niż dźwięk i jest w stanie spalić całą materię gwiazdy, zanim rozproszy się w kosmicznej próżni.

Jednak fizyka mechanizmów odpowiedzialnych za eksplozję gwiazdy nie była do końca poznana.

Teraz zespół naukowców opracował teorię, która rzuca światło na zagadkowy proces powstawania wybuchu w sercu tych kosmicznych zdarzeń.

W badaniu naukowcy proponują istotne zrozumienie tego procesu fizycznego zarówno w gwiazdach, jak i w układach chemicznych na Ziemi. 

Badacze byli w stanie po raz pierwszy zademonstrować proces tworzenia się detonacji z powolnego poddźwiękowego płomienia, wykorzystując do tego celu zarówno eksperymenty jak i symulacje numeryczne przeprowadzone na największych superkomputerach w Stanach Zjednoczonych. Z powodzeniem zastosowali również wyniki do przewidywania warunków podczas detonacji w jednym z klasycznych teoretycznych scenariuszy wybuchu supernowej typu Ia.

Do eksplozji supernowej typu Ia dochodzi wtedy, gdy węgiel i tlen upakowane do gęstości ok. 1000 ton na centymetr sześcienny w jądrze gwiazdy płoną w szybkich reakcjach termojądrowych. Powstała eksplozja niszczy gwiazdę w ciągu kilku sekund i wyrzuca większość jej masy, emitując jednocześnie ilość energii równą energii emitowanej przez gwiazdę w ciągu całego jej życia.

Zazwyczaj, aby doszło do eksplozji, spalanie musi nastąpić w zamkniętym otoczeniu, z przeszkodami, które mogą ograniczać uwalnianie ciśnienia podczas spalania.

Wraz ze wzrostem ciśnienia powstają fale uderzeniowe, które mogą stać się silne do tego stopnia, że skompresują mieszaninę reakcyjną, zapalając ją i tworząc samopodtrzymujący się front naddźwiękowy. Gwiazdy nie mają ścian ani przeszkód, co sprawia, że powstająca detonacja jest enigmatyczna.

Zgodnie z teorią, jeżeli weźmiemy mieszaninę reakcyjną, która płonie i uwalnia energię, i pobudzimy ją do wytworzenia intensywnych turbulencji, może dojść do katastrofalnej niestabilności i gwałtownego zwiększenia ciśnienia w układzie, powodując silne wstrząsy i odpalenie detonacji.

Badaczom udało się uzyskać wgląd w podstawowe aspekty procesów fizycznych, które kontrolują wybuchy supernowych, ponieważ termojądrowe fale spalania są podobne do chemicznych fal spalania na Ziemi, gdyż są kontrolowane przez te same mechanizmy fizyczne.

Ze względu na podobieństwa, odkrycia te można zastosować do różnych naziemnych systemów spalania, w których mogą powstawać detonacje, jak w kontekście wypadków przemysłowych z udziałem wybuchów gazu.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
New Study Sheds Light on Conditions that Trigger Supernovae Explosions

Źródło: University of Connecticut