قبل حوالي 14 مليار سنة ، اندلعت جميع المواد في الكون تلقائيًا من بقعة واحدة صغيرة بشكل لا نهائي وكثيفة بشكل لا نهائي. من الآمن أن نقول أن هذا الحدث ، الانفجار العظيم ، كان أكبر انفجار في تاريخ الكون. الآن ، ينظر العلماء في بعض أصغر الانفجارات في الكون - الانفجارات الكيميائية الدقيقة في أنبوب بعرض 2 بوصة (5 سم) - في محاولة لتفسير كيف حدث هذا الانفجار البدائي.
وفقًا لمؤلفي الدراسة الجديدة ، التي نُشرت يوم الخميس (31 أكتوبر) في مجلة Science ، فإن كل انفجار في الكون - سواء كان نجمًا يتحول إلى مستعر أعظم أو آخر قطرة من احتراق البنزين في محرك سيارتك - يتبع مجموعة مماثلة من قواعد.
ومع ذلك ، من الصعب تحديد تلك القواعد بشكل خاص للانفجارات غير المحصورة (تلك التي تحدث في العراء ، دون أي جدران أو حواجز تحاصرها) ، حيث يمكن أن تتحول هذه الانفجارات من كتلة اللهب إلى كرة نارية فوضوية مع عدم وجود استفزاز على ما يبدو . الآن ، بعد دراسة سلسلة من الانفجارات الكيميائية الخاضعة للرقابة في مختبرهم ، قال مؤلفو الدراسة أنهم اكتشفوا "آلية موحدة" للانفجارات غير المحصورة التي تربط أصغر وأكبر الانفجارات في الكون.
وجد الفريق أن المفتاح هو الاضطراب. مع ما يكفي من الاضطراب الذي يلهب اللهب ، يمكن أن تتراكم كميات كبيرة من الضغط ، حتى يطلق اللهب موجة صدمة تثير انفجارًا. وقال الباحثون إن هذا الاكتشاف يمكن أن يكون أداة حاسمة في فهم كيفية حدوث السوبرنوفا بالضبط ، وقد يمنح العلماء فكرة عن كيفية تطور الانفجار العظيم تلقائيًا من جزء من المادة إلى الكون كما نعرفه.
وقال كريم أحمد ، الأستاذ المساعد بجامعة سنترال فلوريدا ، في بيان "حددنا المعايير الحاسمة التي يمكننا من خلالها إشعال شعلة لتوليد الاضطراب الذاتي الخاص بها ، والتسريع التلقائي" ، ثم انفجرنا. "عندما بدأنا في التعمق أكثر ، أدركنا أن هذا مرتبط بشيء عميق مثل أصل الكون."
يمكن للانفجارات أن تطلق الطاقة بطريقتين: من خلال التفريغ ، عندما يطلق اللهب موجات ضغط تتحرك أبطأ من سرعة الصوت (فكر في شمعة تنبعث منها حرارة تنبعث منها) ، أو تفجير ، عندما تتحرك الموجات إلى الخارج بسرعات تفوق سرعة الصوت (فكر بعصا TNT انفجار). وكتب مؤلفو الدراسة أنه في كثير من الحالات ، يمكن أن يؤدي الخرق إلى التفجير ، وهذا التحول (المعروف باسم انتقال الخرق إلى التفجير ، أو DDT) هو المفتاح لشرح كيفية انفجار المستعرات الأعظمية إلى العمل.
أظهرت المحاكاة في دراسات سابقة أن اللهب في عملية التفريغ يمكن أن يتسارع تلقائيًا إذا تعرضوا للكثير من الاضطرابات. ينتج هذا التسارع موجات صدمة قوية تجعل الشعلة غير مستقرة بشكل متزايد ، والتي قد تحول الحدث في نهاية المطاف إلى تفجير عنيف.
يمكن لهذه العملية أن تفسر كيف يمكن للأقزام البيضاء (الجثث الصغيرة للنجوم القوية) أن تدخن في الفضاء لملايين السنين قبل أن تنفجر تلقائيًا في انفجارات السوبرنوفا. ومع ذلك ، لم يتم التحقق من صحة تفسير DDT لانفجار المستعر الأعظم إلا في المحاكاة ولم يتم اختباره تجريبيًا أبدًا. (من المعروف أن إنشاء المستعرات الأعظمية صعب على الأرض دون تكبد تكاليف طبية وصيانة كبيرة). لذلك ، في دراستهم الجديدة ، اختبر الباحثون العملية من خلال سلسلة من الانفجارات الكيميائية الصغيرة ، والتي قد تتطور بنفس الطريقة التي تتطور بها المستعرات الأعظمية البعيدة.
أشعل الفريق انفجاراتهم في جهاز خاص يسمى أنبوب الصدمة المضطرب ، أنبوب مجوف يبلغ طوله 5 أقدام (1.5 متر) ، وعرض 1.8 بوصة (4.5 سم) مغطى بمشعل شرارة في أحد طرفيه. تم ترك الطرف الآخر من الأنبوب مفتوحًا (مما يسمح بانفجار غير محصور) ، واصطف الجهاز بأكمله بالكاميرات وأجهزة استشعار الضغط.
ملأ الفريق الأنبوب بتركيزات مختلفة من غاز الهيدروجين ، ثم أثار اللهب. أثناء اتساعها ودفعها نحو نهاية الأنبوب المفتوحة ، مر الشعلة من خلال سلسلة من الشبكات الصغيرة التي جعلت النار أكثر اضطرابًا بشكل متزايد. تصاعد الضغط أمام اللهب المضطرب ، مما أدى أخيرًا إلى إحداث موجات صدمة تفوق سرعة الصوت وأحدث انفجارًا أدى إلى قصف طول الأنبوب بسرعة تصل إلى خمسة أضعاف سرعة الصوت. (لم يصب العلماء بهذه الانفجارات الخاضعة للرقابة.)
بنتائج تجارب اللهب الكيميائي ، ابتكر الباحثون نموذجًا جديدًا لمحاكاة كيفية انفجار انفجارات السوبرنوفا في ظروف مماثلة. وجد العلماء أنه بالنظر إلى الكثافة المناسبة ونوع المادة داخل النجم ، يمكن أن يتسبب القزم الأبيض المحترق في إحداث موجات مضطربة كافية لإحداث انفجار عفوي ، تمامًا مثل تلك التي يشاهدها المختبر.
هذه النتائج ، إذا تم التحقق منها عن طريق إجراء المزيد من البحوث ، سوف تفعل أكثر من مجرد توسيع معرفتنا العلمية بالانفجارات النجمية. وقال الباحثون إن بإمكانهم أيضًا تحسين فهمنا للانفجارات (الأصغر بكثير) التي تدفع سياراتنا وطائراتنا وسفننا الفضائية هنا على الأرض. أبقِ أذنيك مفتوحتين للانفجارات الأكبر بعد.
