Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Bí ẩn bao trùm sự ra đời của những vòng xoáy điển hình cho tàn dư siêu tân tinh như Tinh vân Con cua. Một ‘cỗ máy siêu tân tinh’ mới có thể giúp giải quyết nó.
Ẩn mình trong chòm sao Kim Ngưu, một cảnh tượng của các khí vũ trụ xoáy với nửa tá ánh sáng xuyên qua phát sáng trong sắc thái của ngọc lục bảo và nâu vàng. Tinh vân Con cua được sinh ra từ siêu tân tinh, vụ nổ của một ngôi sao khổng lồ và bây giờ, một cỗ máy phòng thí nghiệm có kích thước của một cánh cửa đôi tái tạo cách mà những vụ nổ mênh mông vẽ nên những vòng xoáy thiên văn tồn tại.
“Nó cao sáu feet và trông giống như một miếng bánh pizza lớn rộng khoảng bốn feet ở trên đỉnh”, Ben Musci của cỗ máy siêu tân tinh mà ông chế tạo cho một nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia.
Chiếc máy này cũng mỏng như một cánh cửa và đứng thẳng đứng với điểm “lát bánh pizza” ở phía dưới. Một tiếng nổ ngắn gọn trong đầu đó đẩy một luồng nổ về phía trên, và ở giữa cỗ máy, sóng truyền qua hai lớp khí, khiến chúng trộn lẫn vào nhau như những xoáy do các siêu tân tinh để lại.
Ánh sáng laser chiếu sáng các vòng xoáy và qua cửa sổ, một camera tốc độ cao với ống kính cận cảnh sẽ thu được vẻ đẹp cùng với dữ liệu trên thang đo centimet có thể được ngoại suy lên các thang đo thiên văn bằng toán học vật lý được thiết lập tốt. Để máy tạo ra kết quả hữu ích cho việc nghiên cứu tự nhiên phải mất hai năm rưỡi điều chỉnh kỹ thuật.
Phù hợp với xoáy
“Chúng tôi đột nhiên đi từ một buồng hoàn toàn tĩnh lặng đến một siêu tân tinh nhỏ. Có rất nhiều kỹ thuật được thực hiện để chứa vụ nổ và đồng thời làm cho nó thực tế khi nó chạm vào giao diện khí trong cửa sổ trực quan hóa”, Devesh Ranjan, nghiên cứu viên chính của nghiên cứu và một giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff của Georgia Tech chia sẻ.
Musci, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Phần khó là xử lý sự cố các vật phẩm không phải là một phần của vật lý siêu tân tinh. Tôi đã dành một năm để loại bỏ những thứ như sóng xung kích dội vào trong buồng hoặc không khí rò rỉ từ trong phòng”. và một trợ lý nghiên cứu sau đại học trong phòng thí nghiệm của Ranjan. “Tôi cũng phải đảm bảo rằng trọng lực, bức xạ nền và nhiệt độ không làm mất vật lý.”
Các nhà nghiên cứu công bố kết quả của họ trên Tạp chí Vật lý thiên văn (The Astrophysical Journal) vào ngày 17 tháng 6 năm 2020. Nghiên cứu được tài trợ bởi chương trình Khoa học Năng lượng Hợp nhất của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Musci có kế hoạch hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore để so sánh các mẫu khí của máy với dữ liệu thực tế về tàn dư siêu tân tinh.
Vụ nổ đặc biệt của Supernova
Không phải tất cả các tinh vân là tàn dư của siêu tân tinh, nhưng nhiều tinh vân là vậy. Chúng và những tàn dư siêu tân tinh khác bắt đầu với một ngôi sao lớn. Các ngôi sao là những quả bóng khí, được sắp xếp thành các lớp và khi một ngôi sao phát nổ trong siêu tân tinh, những lớp đó cho phép hình thành những vòng xoáy tuyệt đẹp.
Ở bên ngoài, các khí có mật độ thấp và mật độ cao bên trong và rất sâu trong ngôi sao, mật độ bắt đầu buộc các khí cùng nhau tạo ra sắt trong lõi của ngôi sao.
Sau thời điểm này, ngôi sao hết nhiên liệu hạt nhân, do đó lực bên ngoài gây ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân ngừng cân bằng lực hấp dẫn bên trong. Lực hấp dẫn cực độ làm sụp đổ ngôi sao.
Ở trung tâm của ngôi sao, có một vụ nổ điểm, đó là siêu tân tinh. Nó gửi một sóng nổ truyền đi với tốc độ khoảng một phần mười tốc độ ánh sáng xé qua các khí, làm kẹt các lớp của chúng lại với nhau.
Khí nặng hơn ở các lớp bên trong đâm ra các dòng chảy hỗn loạn thành khí nhẹ hơn ở các lớp bên ngoài. Sau đó, đằng sau sóng nổ, áp suất giảm, kéo căng khí ra ngoài cho một loại hỗn hợp hỗn loạn khác.
Đó là một cú đẩy mạnh theo sau là kéo hoặc kéo dài.
Siêu âm bắt chước siêu tân tinh
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một lượng nhỏ chất nổ có bán trên thị trường (có chứa RDX, hoặc Phòng nghiên cứu eXplosive, và PETN, hoặc pentaerythritol tetranitrate) để tạo ra vụ nổ thu nhỏ súc tích truyền một làn sóng sạch qua giao diện giữa các khí nặng hơn và nhẹ hơn trong máy.
Trong tự nhiên, sóng nổ phát ra theo mọi hướng và Musci đã đạt được một phần đại diện cho độ cong của nó trong sóng nổ của máy. Trong tự nhiên và trong máy, các giao diện giữa các khí chứa đầy những vòng xoắn nhỏ, không đồng đều và được gọi là nhiễu loạn, và sóng nổ đánh bật chúng ở các góc lệch.
Điều đó rất quan trọng để tăng sự nhiễu loạn ban đầu dẫn đến nhiễu loạn vì sự không đồng đều đó tạo ra một mô-men xoắn trên giao diện giữa các lớp khí.
Sự kết hợp và xung đột xảy ra sau đó để tạo ra tàn dư siêu tân tinh, mở rộng hàng ngàn năm để trở thành những hình thức mềm mại và mượt mà hơn làm lay động trái tim chúng ta với sự huy hoàng của chúng. Đối với các nhà vật lý, những vòng xoắn ban đầu này là những cấu trúc rất dễ nhận biết để nghiên cứu: Những luồng khí nặng hỗn loạn nhô ra thành khí nhẹ, “bong bóng” khí nhẹ bị cô lập trong khu vực khí nặng và cuộn tròn đặc trưng của dòng chảy rối sớm.
“Một trong những điều thú vị nhất mà chúng tôi thấy liên quan đến một bí ẩn về siêu tân tinh – chúng bắn khí mật độ cao gọi là ejecta ra ngoài, có thể giúp tạo ra những ngôi sao mới. Chúng tôi đã thấy một số lực đẩy khí này trong thiết bị nơi khí nặng được lan truyền lối ra vào khí nhẹ, “Musci nói.
Tàn tích siêu tân tinh vĩnh viễn mở rộng với tốc độ của hàng trăm dặm mỗi giây, và các máy tính mới có thể giúp tính toán tinh chỉnh những tốc độ và tàn dư đặc trưng giúp đỡ thay đổi hình thức. Siêu tân tinh của Crab Nebula được ghi lại vào năm 1054 bởi các nhà thiên văn học Trung Quốc, nhưng đối với nhiều tàn dư khác, cỗ máy cũng có thể giúp tính toán thời điểm sinh của chúng.
Phản ứng tổng hợp quán tính
Những hiểu biết của máy sẽ áp dụng ngược lại để giúp phát triển năng lượng nhiệt hạch hạt nhân. Quá trình gọi là phản ứng tổng hợp quán tính áp dụng lực cực mạnh và nhiệt từ bên ngoài vào bên trong một khu vực nhỏ, nơi hai đồng vị của khí hydro được đặt chồng lên nhau, dày hơn nhau.
Các lớp được buộc lại với nhau cho đến khi hạt nhân của nguyên tử hợp nhất, giải phóng năng lượng. Các nhà nghiên cứu Fusion đang cố gắng để loại bỏ hỗn hợp hỗn loạn. Những gì đẹp trong siêu tân tinh làm cho phản ứng tổng hợp hạt nhân kém hiệu quả.
Video: https://www.youtube.com/watch?v=w1zFFSOeOeM&feature=emb_logo
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Georgia . Bản gốc được viết bởi Ben Brumfield. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :