Νέα μελέτη ρίχνει φως στο τι πυροδοτεί τις εκρήξεις supernova.

Η κατανόηση της θερμοπυρηνικής έκρηξης των ισχυρών και φωτεινών αστρικών εκρήξεων τύπου Ia (υπερκαινοφανείς ή supernova τύπου Ia) είναι δυνατή μόνο μέσω θεωρητικών μοντέλων, τα οποία δεν είναι σε θέση να εξηγήσουν απόλυτα τον μηχανισμό που πυροδότησε την έκρηξη.

Ένα από τα βασικά στοιχεία αυτής της έκρηξης, που παρουσιάζεται σχεδόν σε όλα τα μοντέλα, είναι ο σχηματισμός ενός υπερηχητικού κύματος που ονομάζεται πυροδότηση, το οποίο είναι ικανό να κάψει όλο το υλικό ενός αστέρα πριν αυτό διασκορπιστεί στον διαστημικό χώρου. Αλλά, η φυσική των μηχανισμών που δημιουργούν μια τέτοια πυροδότηση σε ένα άστρο ήταν γενικά αόριστη.

Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Κοννέκτικατ, το Πανεπιστήμιο Texas A & M, το Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα, το Ναυτικό Εργαστήριο Ερευνών και το Εργαστήριο Έρευνας Αεροπορίας των Η.Π.Α. ανέπτυξαν μια θεωρία που ρίχνει φως στην αινιγματική διαδικασία της πυροδότησης στην καρδιά αυτών των κατακλυσμιαίων αστρονομικών γεγονότων. Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στις 1 Νοεμβρίου στο Science, προσφέρει μια κρίσιμη κατανόηση αυτής της φυσικής διαδικασίας τόσο στα αστέρια όσο και στα χημικά συστήματα της Γης.

Για πρώτη φορά, οι ερευνητές μπόρεσαν να διαπιστώσουν τη διαδικασία σχηματισμού της πυροδότησης που ξεκινά από μια αργή υποηχητική καύση, εκτελώντας τόσο πειράματα όσο και αριθμητικές προσομοιώσεις σε μερικούς από τους μεγαλύτερους υπερυπολογιστές. Κατόπιν εφάρμοσαν τα αποτελέσματα των πειραμάτων και προσομοιώσεων αυτών, για να προβλέψουν τις συνθήκες της έκρηξης σε ένα από τα κλασσικά θεωρητικά σενάρια έκρηξης τύπου supernova τύπου Ιa.
Οι εκρήξεις supernova τύπου Ia συμβαίνουν όταν ο άνθρακας και το οξυγόνο συμπιέζονται σε πυκνότητα περίπου 1.000 τόνων ανά κυβικό εκατοστό στον πυρήνα του αστρικού πυρήνα και αρχίζουν να προκαλούνται ταχείες θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Η προκύπτουσα έκρηξη διαμελίζει ένα αστέρι σε λίγα δευτερόλεπτα και εξαϋλώνει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του, εκπέμποντας μια ποσότητα ενέργειας ίση με την ενέργεια που εκπέμπεται από το αστέρι καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής του.

Σύμφωνα με τη θεωρία, αν ένα φλεγόμενο μίγμα που απελευθερώνει ενέργεια σε περιορισμένο χώρο αρχίζει να δέχεται έντονες αναταράξεις, μπορεί να προκληθεί μια καταστροφική αστάθεια προκαλώντας την πυροδότηση μιας έκρηξης.

Τυπικά, για να σχηματιστεί μια πυροδότηση, η καύση πρέπει να συμβαίνει σε περιορισμένο χώρο, με εμπόδια ή όρια, τα οποία μπορούν να περιορίσουν τα κύματα πίεσης που απελευθερώνονται από την καύση. Ο περιορισμός αυτός των κυμάτων πίεσης, τα οδηγεί σταδιακά σε υπερηχητικές ταχύτητες και η πίεση αυξάνεται έως το σημείο που το μείγμα καυσίμου συμπιέζεται περαιτέρω συντηρώντας έτσι την καύση. Τα αστέρια δεν έχουν τοίχους ή εμπόδια, παρά μόνο την πίεση των υπερκείμενων στρωμάτων ύλης γύρω από τον πυρήνα τους. Οσο η πίεση αυτή είναι μεγαλύτερη από την πίεση της καύσης, τότε τα εγκλωβισμένα κύματα πίεσης την συντηρούν, σαν έναν λέβητα. Οταν όμως αυτά τα κύματα ξεπεράσουν την πίεση της ύλης που περικλείει τον πυρήνα, επέρχεται η αστάθεια του συστήματος και προκαλείται μια αιφνιδιαστική έκρηξη, που διατρέχει όλο το άστρο με υπερηχητική ταχύτητα πιέζοντας την ύλη του προς τα έξω και ταυτόχρονα κατακαίγοντάς την.

Οι ερευνητές κατάφεραν να αποκτήσουν γνώση των θεμελιωδών στοιχείων των φυσικών διεργασιών που ελέγχουν τις εκρήξεις των supernova, διότι τα θερμοπυρηνικά κύματα καύσης είναι παρόμοια με τα χημικά κύματα καύσης στη Γη, καθώς ελέγχονται από τους ίδιους φυσικούς μηχανισμούς.

Λόγω των ομοιοτήτων, τα ευρήματα μπορούν να εφαρμοστούν σε διάφορα συστήματα στα οποία μπορεί να σχηματιστούν εκρήξεις, όπως στις περιπτώσεις βιομηχανικών ατυχημάτων που συνεπάγονται αεριώδεις εκρήξεις, καθώς και νέες εφαρμογές προώθησης και μετατροπής ενέργειας, όπως κινητήρες με πυροδοτούμενη ενέργεια.

ΠΗΓΗ: https://phys.org/news/2019-10-mechanisms-big.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=weekly-nwletter

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Supernova 1987A. Credits: NASA, ESA, and A. Angelich (NRAO/AUI/NSF). (CC BY 2.0)