Circa 14 miliardi di anni fa, tutta la materia nell'universo esplode spontaneamente da un singolo granello infinitamente piccolo, infinitamente denso. È sicuro dire che questo evento, il Big Bang, è stata la più grande esplosione nella storia dell'universo. Ora, gli scienziati stanno esaminando alcune delle più piccole esplosioni nell'universo - minuscole esplosioni chimiche in un tubo largo 5 cm (2 pollici) - per cercare di spiegare come potrebbe essersi verificata quell'esplosione primordiale.
Secondo gli autori del nuovo studio, pubblicato giovedì (31 ottobre) sulla rivista Science, ogni esplosione nel cosmo - che si tratti di una supernova o di una goccia di benzina che brucia nel motore della tua auto - segue una serie simile di regole.
Tuttavia, quelle regole sono particolarmente difficili da reprimere per esplosioni non confinate (quelle che si verificano all'aperto, senza muri o barriere che le inscatolano), poiché queste esplosioni possono trasformarsi da una pepita di fiamma in una palla di fuoco caotica senza apparentemente alcuna provocazione . Ora, dopo aver studiato una serie di esplosioni chimiche controllate nel loro laboratorio, gli autori dello studio hanno affermato di aver scoperto un "meccanismo unificato" di esplosioni non confinate che collega le esplosioni più piccole e più grandi dell'universo.
La chiave, ha scoperto il team, è la turbolenza; con una sufficiente turbolenza che accende una fiamma, possono accumularsi grandi quantità di pressione, finché la fiamma non rilascia un'onda d'urto che provoca un'esplosione. Questa scoperta potrebbe essere uno strumento fondamentale per comprendere esattamente come si verificano le supernova e potrebbe persino fornire agli scienziati un indizio su come il Big Bang si sia evoluto spontaneamente da un nocciolo di materia nell'universo così come lo conosciamo, i ricercatori hanno detto.
"Abbiamo definito i criteri critici in cui possiamo alimentare una fiamma per auto-generare la propria turbolenza, accelerare spontaneamente" e quindi esplodere, ha dichiarato in una nota il co-autore Kareem Ahmed, assistente professore all'Università della Florida centrale. "Quando abbiamo iniziato a scavare più a fondo, ci siamo resi conto che questo è correlabile a qualcosa di così profondo come l'origine dell'universo."
Le esplosioni possono rilasciare energia in due modi: attraverso la deflagrazione, quando una fiamma rilascia onde di pressione che si muovono più lentamente della velocità del suono (si pensi a una candela tremolante che rilascia calore), o la detonazione, quando le onde si muovono verso l'esterno a velocità supersoniche (si pensi a un bastone di TNT che esplode). In molti casi, la deflagrazione può portare alla detonazione e quella transizione (nota come transizione da deflagrazione a detonazione o DDT) è la chiave per spiegare come le supernova entrano in azione, hanno scritto gli autori dello studio.
Le simulazioni in studi precedenti hanno dimostrato che le fiamme nel processo di deflagrazione possono accelerare spontaneamente se sono esposte a molte turbolenze. Questa accelerazione produce forti onde d'urto che rendono la fiamma sempre più instabile, il che può alla fine trasformare l'evento in una detonazione violenta.
Questo processo potrebbe spiegare come le nane bianche (i corpi compatti di stelle un tempo potenti) possano bruciare nello spazio per milioni di anni prima di esplodere spontaneamente in esplosioni di supernova. Tuttavia, la spiegazione DDT dell'esplosione di supernova è stata sempre e solo validata in simulazioni e mai testata sperimentalmente. (Le supernova sono notoriamente difficili da creare sulla Terra senza incorrere in significativi costi medici e di manutenzione.) Quindi, nel loro nuovo studio, i ricercatori hanno testato il processo attraverso una serie di minuscole esplosioni chimiche, che possono evolversi nello stesso modo in cui farebbe una supernova lontana.
Il team ha innescato le loro esplosioni in un dispositivo speciale chiamato tubo di scossa turbolento, un tubo cavo, lungo 5 piedi (1,5 metri), largo 1,8 pollici (4,5 pollici) ricoperto da un accenditore a un'estremità. L'altra estremità del tubo è stata lasciata aperta (consentendo un'esplosione non confinata) e l'intero apparato è stato rivestito con telecamere e sensori di pressione.
Il team ha riempito il tubo con varie concentrazioni di idrogeno gassoso, quindi ha acceso una fiamma. Mentre si espandeva e si spingeva verso l'estremità aperta del tubo, la fiamma attraversava una serie di minuscole grate che rendevano il fuoco sempre più turbolento. La pressione montò di fronte alla fiamma turbolenta, creando infine onde d'urto supersoniche e innescando una detonazione che schizzò giù per la lunghezza del tubo fino a cinque volte la velocità del suono. (Nessuno scienziato è stato ferito da queste esplosioni controllate.)
Con i risultati degli esperimenti sulla fiamma chimica, i ricercatori hanno creato un nuovo modello per simulare il modo in cui le esplosioni di supernova potrebbero far esplodere in condizioni simili. Gli scienziati hanno scoperto che, data la giusta densità e il giusto tipo di materia all'interno di una stella, l'interno in fiamme di una nana bianca poteva effettivamente creare abbastanza onde turbolente per innescare un'esplosione spontanea, proprio come quelle viste in laboratorio.
Questi risultati, se verificati da ulteriori ricerche, faranno molto di più che espandere le nostre conoscenze scientifiche sulle esplosioni stellari; potrebbero anche migliorare la nostra comprensione delle esplosioni (considerevolmente più piccole) che spingono le nostre auto, i nostri aerei e le nostre astronavi qui sulla Terra, hanno detto i ricercatori. Tieni le orecchie aperte per i colpi più grandi che devono ancora venire.
