Hace unos 14 mil millones de años, toda la materia en el universo surgió espontáneamente de una sola mota infinitamente pequeña e infinitamente densa. Es seguro decir que este evento, el Big Bang, fue la mayor explosión en la historia del universo. Ahora, los científicos están observando algunas de las explosiones más pequeñas del universo, pequeñas explosiones químicas en un tubo de 5 cm (2 pulgadas) de ancho, para tratar de explicar cómo pudo haber ocurrido esa explosión primordial.
Según los autores del nuevo estudio, publicado el jueves (31 de octubre) en la revista Science, cada explosión en el cosmos, ya sea una supernova estrella o la última gota de gasolina que se quema en el motor de su automóvil, sigue un conjunto similar de reglas.
Sin embargo, esas reglas son especialmente difíciles de determinar para explosiones no confinadas (aquellas que ocurren a la intemperie, sin paredes ni barreras que las encajonen), ya que estas explosiones pueden transformarse de una pepita de fuego en una bola de fuego caótica, aparentemente sin provocación. . Ahora, después de estudiar una serie de explosiones químicas controladas en su laboratorio, los autores del estudio dijeron que han descubierto un "mecanismo unificado" de explosiones no confinadas que vincula las explosiones más pequeñas y más grandes del universo.
La clave, según el equipo, es la turbulencia; Con suficiente turbulencia agitando una llama, se pueden acumular grandes cantidades de presión, hasta que la llama libera una onda de choque que provoca una explosión. Este descubrimiento podría ser una herramienta crítica para comprender exactamente cómo se producen las supernovas e incluso podría dar a los científicos una idea de cómo el Big Bang evolucionó espontáneamente de un nudo de materia al universo tal como lo conocemos, dijeron los investigadores.
"Definimos los criterios críticos donde podemos impulsar una llama para autogenerar su propia turbulencia, acelerar espontáneamente" y luego explotar, dijo en un comunicado el coautor del estudio, Kareem Ahmed, profesor asistente de la Universidad de Florida Central. "Cuando comenzamos a cavar más profundo, nos dimos cuenta de que esto se relaciona con algo tan profundo como el origen del universo".
Las explosiones pueden liberar energía de dos maneras: a través de la deflagración, cuando una llama libera ondas de presión que se mueven más lentamente que la velocidad del sonido (piense en una vela parpadeante que libera calor), o detonación, cuando las ondas se mueven hacia afuera a velocidades supersónicas (piense en un palo de TNT explotando). En muchos casos, la deflagración puede conducir a la detonación, y esa transición (conocida como la transición de deflagración a detonación, o DDT) es clave para explicar cómo las supernovas entran en acción, escribieron los autores del estudio.
Las simulaciones en estudios anteriores han demostrado que las llamas en el proceso de deflagración pueden acelerarse espontáneamente si están expuestas a muchas turbulencias. Esta aceleración produce fuertes ondas de choque que hacen que la llama sea cada vez más inestable, lo que finalmente puede convertir el evento en una detonación violenta.
Este proceso podría explicar cómo las enanas blancas (los cuerpos compactos de estrellas que alguna vez fueron poderosas) pueden arder en el espacio durante millones de años antes de estallar espontáneamente en explosiones de supernovas. Sin embargo, la explicación DDT de la explosión de supernova solo se ha validado en simulaciones y nunca se ha probado experimentalmente. (Las supernovas son notoriamente difíciles de crear en la Tierra sin incurrir en costos médicos y de mantenimiento significativos). Entonces, en su nuevo estudio, los investigadores probaron el proceso a través de una serie de pequeñas explosiones químicas, que pueden evolucionar de la misma manera que lo haría una supernova distante.
El equipo encendió sus explosiones en un dispositivo especial llamado tubo de choque turbulento, un tubo hueco, de 5 pies de largo (1,5 metros), 1,8 pulgadas de ancho (4,5 cm) con un encendedor de chispa en un extremo. El otro extremo del tubo se dejó abierto (permitiendo una explosión no confinada), y todo el aparato estaba cubierto con cámaras y sensores de presión.
El equipo llenó el tubo con varias concentraciones de gas hidrógeno y luego provocó una llama. A medida que se expandió e impulsó hacia el extremo abierto del tubo, la llama atravesó una serie de pequeñas rejillas que hicieron que el fuego fuera cada vez más turbulento. La presión se montó frente a la llama turbulenta, creando finalmente ondas de choque supersónicas y desencadenando una detonación que se disparó por la longitud del tubo hasta cinco veces la velocidad del sonido. (Ningún científico resultó herido por estas explosiones controladas).
Con los resultados de los experimentos de llama química, los investigadores crearon un nuevo modelo para simular cómo las explosiones de supernovas podrían detonar en condiciones similares. Los científicos descubrieron que, dada la densidad correcta y el tipo de materia dentro de una estrella, el interior en llamas de una enana blanca podría crear suficientes olas turbulentas para provocar una explosión espontánea, como las que se ven en el laboratorio.
Estos resultados, si se verifican mediante investigaciones adicionales, harán más que solo expandir nuestro conocimiento científico sobre explosiones estelares; También podrían mejorar nuestra comprensión de las explosiones (considerablemente más pequeñas) que impulsan nuestros autos, aviones y naves espaciales aquí en la Tierra, dijeron los investigadores. Mantenga sus oídos abiertos para los golpes más grandes aún por venir.
