For omkring 14 milliarder år siden brød alt stof i universet spontant ud af en enkelt, uendeligt lille, uendeligt tæt plet. Det er sikkert at sige, at denne begivenhed, Big Bang, var den største eksplosion i universets historie. Nu ser forskere på nogle af de mindste eksplosioner i universet - små kemiske sprængninger i et 2 tommer bredt (5 centimeter) rør - for at forsøge at forklare, hvordan den oprindelige eksplosion kan være sket.
Ifølge forfatterne af den nye undersøgelse, der blev offentliggjort torsdag (31. oktober) i tidsskriftet Science, følger enhver eksplosion i kosmos - uanset om det er en stjerne, der går supernova eller den sidste dråbe benzin, der forbrænder i din bils motor - et lignende sæt af regler.
Imidlertid er disse regler især svære at hænge fast for ukonficerede eksplosioner (dem, der forekommer ude i det fri, uden nogen vægge eller barrierer, der bokser dem i), da disse sprængninger kan omdanne fra en klods flamme til en kaotisk ildkugle med tilsyneladende ingen provokation . Efter at have undersøgt en række kontrollerede kemiske eksplosioner i deres laboratorium, sagde undersøgelsesforfatterne, at de har fundet ud af en "samlet mekanisme" af ukonfinerede eksplosioner, der forbinder de mindste og største sprængninger i universet.
Nøglen, holdet fundet, er turbulens; med tilstrækkelig turbulens, der brænder rundt i en flamme, kan store mængder tryk opbygges, indtil flammen frigiver en chokbølge, der gnister en eksplosion. Denne opdagelse kan være et kritisk værktøj til at forstå nøjagtigt, hvordan supernovaer forekommer og måske endda give forskere en anelse om, hvordan Big Bang spontant udviklede sig fra en kerne af stof ind i universet, som vi kender det, sagde forskerne.
"Vi definerede de kritiske kriterier, hvor vi kan drive en flamme til selv at generere sin egen turbulens, spontant accelerere" og derefter eksplodere, siger medforfatter Kareem Ahmed, en adjunkt ved University of Central Florida, sagde i en erklæring. "Da vi begyndte at grave dybere, indså vi, at dette er forhold til noget så dybtgående som universets oprindelse."
Eksplosioner kan frigive energi på to måder: gennem deflagrering, når en flamme frigiver trykbølger, der bevæger sig langsommere end lydens hastighed (tænk et flimrende lys, der frigiver varme), eller detonation, når bølger bevæger sig udad ved supersoniske hastigheder (tænk en pind af TNT eksploderende). I mange tilfælde kan deflagrering føre til detonation, og denne overgang (kendt som deflagration-to-detonation-overgang, eller DDT) er nøglen til at forklare, hvordan supernovaer sprænger til handling, skrev undersøgelsesforfatterne.
Simuleringer i tidligere undersøgelser har vist, at flammer i nedbrydningsprocessen spontant kan accelerere, hvis de udsættes for masser af turbulens. Denne acceleration producerer stærke chokbølger, der gør flammen i stigende grad ustabil, hvilket i sidste ende kan gøre begivenheden til en voldsom detonation.
Denne proces kunne forklare, hvordan hvide dværge (de kompakte lig af en gang-mægtige stjerner) kan ulme i rummet i millioner af år, før de spontant bryder ud i supernova-eksplosioner. Imidlertid er DDT-forklaringen på supernovaeksplosion kun nogensinde blevet valideret i simuleringer og aldrig testet eksperimentelt. (Supernovas er notorisk svære at skabe på Jorden uden at pådrage sig betydelige medicinske og vedligeholdelsesomkostninger.) I deres nye undersøgelse testede forskerne processen gennem en række små kemiske eksplosioner, som kan udvikle sig på samme måde som en fjern supernova ville.
Holdet antændte deres eksplosioner i en speciel enhed kaldet et turbulent stødrør, et hult, 1,5 meter langt (1,5 meter), 1,8 tommer bredt (4,5 cm) rør, der er forsynet med en gnisttænder i den ene ende. Den anden ende af røret blev efterladt åben (hvilket muliggjorde en ukonfinderet eksplosion), og hele apparatet blev foret med kameraer og trykfølerer.
Holdet fyldte røret med forskellige koncentrationer brintgas og udløste derefter en flamme. Da den ekspanderede og fremdrev mod rørets åbne ende, passerede flammen gennem en række små rist, der gjorde ilden stadig mere turbulent. Tryk monteret foran den turbulente flamme, skaber endelig supersoniske chokbølger og udløser en detonation, der raket ned langs rørets længde med op til fem gange lydhastigheden. (Ingen forskere blev såret af disse kontrollerede eksplosioner.)
Med resultaterne fra de kemiske flammeeksperimenter skabte forskerne en ny model til at simulere, hvordan supernovaeksplosioner kunne sprænge under lignende forhold. Forskerne fandt, at i betragtning af den rigtige tæthed og type stof i en stjerne, kunne en hvid dværgs brændende indre faktisk skabe nok turbulente bølger til at udløse en spontan eksplosion, ligesom dem, der blev set i laboratoriet.
Disse resultater, hvis de verificeres af yderligere forskning, vil gøre mere end blot at udvide vores videnskabelige viden om stjernernes eksplosioner; de kunne også forbedre vores forståelse af (betydeligt mindre) eksplosioner, der driver vores biler, fly og rumskibe her på Jorden, sagde forskerne. Hold ørerne åbne for de større smell, der endnu kommer.
