For rundt 14 milliarder år siden brøt all materien i universet spontant ut av en enkelt, uendelig liten, uendelig tett flekk. Det er trygt å si at denne hendelsen, Big Bang, var den største eksplosjonen i universets historie. Nå ser forskere på noen av de minste eksplosjonene i universet - bittesmå kjemiske eksplosjoner i et 2-tommers bredt (5 centimeter) rør - for å prøve å forklare hvordan den primære eksplosjonen kan ha skjedd.
I følge forfatterne av den nye studien, publisert torsdag (31. oktober) i tidsskriftet Science, følger enhver eksplosjon i kosmos - enten det er en stjerne som går supernova eller den siste dråpen bensin som forbrenner i bilens motor - et lignende sett med regler.
Imidlertid er disse reglene spesielt vanskelig å henge sammen for ukontrollerte eksplosjoner (de som oppstår ute i det fri, uten at noen vegger eller barrierer bokser dem inn), da disse eksplosjonene kan forvandle seg fra en flammesug til en kaotisk ildkule uten tilsynelatende ingen provokasjon. . Etter å ha studert en serie kontrollerte kjemiske eksplosjoner i laboratoriet deres, sa studieforfatterne at de har funnet ut en "enhetlig mekanisme" av ukonfinerte eksplosjoner som forbinder de minste og største sprengningene i universet.
Nøkkelen, teamet fant, er turbulens; med nok turbulens i en flamme, kan store mengder trykk bygge seg opp til flammen løser ut en sjokkbølge som gir en eksplosjon. Denne oppdagelsen kan være et kritisk verktøy for å forstå nøyaktig hvordan supernovaer forekommer, og kan til og med gi forskere en pekepinn på hvordan Big Bang spontant utviklet seg fra en kilde med materiale inn i universet slik vi kjenner det, sa forskerne.
"Vi definerte de kritiske kriteriene der vi kan drive en flamme for å selv generere sin egen turbulens, spontant akselerere" og deretter eksplodere, sa medforfatter Kareem Ahmed, en adjunkt ved University of Central Florida, i en uttalelse. "Da vi begynte å grave dypere, innså vi at dette er relatert til noe så dyp som universets opprinnelse."
Eksplosjoner kan frigjøre energi på to måter: gjennom deflagrering, når en flamme frigjør trykkbølger som beveger seg saktere enn lydens hastighet (tenk et flimrende lys som slipper varme), eller detonasjon, når bølger beveger seg utover i supersoniske hastigheter (tenk en pinne av TNT eksploderer). I mange tilfeller kan deflagrering føre til detonasjon, og at overgangen (kjent som deflagrasjon-til-detonasjon-overgang, eller DDT) er nøkkelen til å forklare hvordan supernovaer sprenges til handling, skrev forfatterne av studien.
Simuleringer i tidligere studier har vist at flammer i ferd med deflagrering spontant kan akselerere hvis de blir utsatt for mye turbulens. Denne akselerasjonen gir sterke sjokkbølger som gjør flammen stadig mer ustabil, noe som til slutt kan gjøre hendelsen til en voldsom detonasjon.
Denne prosessen kan forklare hvordan hvite dverger (de kompakte likene av en gang-mektige stjerner) kan ulme i verdensrommet i millioner av år før de spontant brøt ut i supernovaeksplosjoner. Imidlertid har DDT-forklaringen om supernovaeksplosjon bare noen gang blitt validert i simuleringer og aldri testet eksperimentelt. (Supernovas er notorisk vanskelig å lage på jorden uten å pådra seg betydelige medisinske og vedlikeholdskostnader.) I sin nye studie testet forskerne prosessen gjennom en serie små kjemiske eksplosjoner, som kan utvikle seg på samme måte som en fjern supernova ville gjort.
Teamet antente eksplosjonene deres i en spesiell enhet kalt et turbulent sjokkrør, et hult, 1,5 meter langt (1,5 meter), 1,8 tommer bredt (4,5 cm) rør med en gnisttenning i den ene enden. Den andre enden av røret ble holdt åpent (noe som muliggjorde en ukontrollert eksplosjon), og hele apparatet ble foret med kameraer og trykksensorer.
Teamet fylte røret med forskjellige konsentrasjoner av hydrogengass og utløste en flamme. Da den ekspanderte og drev mot rørets åpne ende, gikk flammen gjennom en serie små rist som gjorde brannen stadig mer turbulent. Trykk montert foran den turbulente flammen, og til slutt skaper supersoniske sjokkbølger og utløste en detonasjon som raket ned langs rørets lengde med opptil fem ganger lydhastigheten. (Ingen forskere ble skadet av disse kontrollerte eksplosjonene.)
Med resultatene fra kjemiske flammeeksperimenter opprettet forskerne en ny modell for å simulere hvordan supernovaeksplosjoner kunne detoneres under lignende forhold. Forskerne fant ut at, gitt den rette tettheten og typen materiale inne i en stjerne, kan en hvit dvergs brennende indre faktisk skape nok turbulente bølger til å utløse en spontan eksplosjon, akkurat som de som ble sett på laboratoriet.
Disse resultatene, hvis de blir bekreftet av videre forskning, vil gjøre mer enn bare å utvide vår vitenskapelige kunnskap om stellare eksplosjoner; de kan også forbedre vår forståelse av (betydelig mindre) eksplosjoner som driver våre biler, fly og romskip her på jorden, sa forskerne. Hold ørene åpne for de større smellene som kommer.
