Cerca de 14 bilhões de anos atrás, toda a matéria do universo irrompeu espontaneamente de uma única mancha infinitamente pequena e infinitamente densa. É seguro dizer que esse evento, o Big Bang, foi a maior explosão da história do universo. Agora, os cientistas estão observando algumas das menores explosões do universo - pequenas explosões químicas em um tubo de 5 cm de largura - para tentar explicar como essa explosão primordial pode ter acontecido.
De acordo com os autores do novo estudo, publicado quinta-feira (31 de outubro) na revista Science, todas as explosões no cosmos - seja uma estrela em supernova ou a última gota de gasolina queimando no motor do seu carro - seguem um conjunto semelhante de regras.
No entanto, essas regras são especialmente difíceis de serem seguidas por explosões não-confinadas (aquelas que ocorrem ao ar livre, sem paredes ou barreiras), pois essas explosões podem se transformar de uma pepita de chama em uma bola de fogo caótica, aparentemente sem provocação. . Agora, depois de estudar uma série de explosões químicas controladas em seu laboratório, os autores do estudo disseram que descobriram um "mecanismo unificado" de explosões não confinadas que liga as menores e maiores explosões do universo.
A chave, segundo a equipe, é a turbulência; com turbulência suficiente agitando uma chama, grandes quantidades de pressão podem se acumular, até que a chama libere uma onda de choque que desencadeia uma explosão. Essa descoberta pode ser uma ferramenta crítica para entender exatamente como as supernovas ocorrem e pode até dar aos cientistas uma pista de como o Big Bang evoluiu espontaneamente de um pedaço de matéria para o universo como o conhecemos, disseram os pesquisadores.
"Definimos os critérios críticos em que podemos acionar uma chama para gerar sua própria turbulência, acelerar espontaneamente" e depois explodir, disse o coautor do estudo Kareem Ahmed, professor assistente da Universidade da Flórida Central, em comunicado. "Quando começamos a nos aprofundar, percebemos que isso é relacionado a algo tão profundo quanto a origem do universo."
Explosões podem liberar energia de duas maneiras: através da deflagração, quando uma chama libera ondas de pressão que se movem mais lentamente que a velocidade do som (pense em uma vela tremeluzente liberando calor), ou detonação, quando as ondas se movem para fora em velocidades supersônicas (pense em um bastão de TNT explodindo). Em muitos casos, a deflagração pode levar à detonação, e essa transição (conhecida como transição de deflagração para detonação, ou DDT) é fundamental para explicar como as supernovas entram em ação, escreveram os autores do estudo.
Simulações em estudos anteriores mostraram que as chamas no processo de deflagração podem acelerar espontaneamente se forem expostas a muita turbulência. Essa aceleração produz fortes ondas de choque que tornam a chama cada vez mais instável, o que pode transformar o evento em uma detonação violenta.
Esse processo poderia explicar como as anãs brancas (os cadáveres compactos de estrelas outrora poderosas) podem arder no espaço por milhões de anos antes de irromper espontaneamente em explosões de supernovas. No entanto, a explicação do DDT sobre a explosão de supernova só foi validada em simulações e nunca testada experimentalmente. (As supernovas são notoriamente difíceis de criar na Terra sem incorrer em custos médicos e de manutenção significativos.) Portanto, em seu novo estudo, os pesquisadores testaram o processo através de uma série de pequenas explosões químicas, que podem evoluir da mesma maneira que uma supernova distante.
A equipe desencadeou suas explosões em um dispositivo especial chamado tubo de choque turbulento, um tubo oco de 1,5 metro de comprimento e 4,5 cm de largura e 4,5 cm de largura, com um dispositivo de ignição na ponta. A outra extremidade do tubo foi deixada aberta (permitindo uma explosão não confinada) e todo o aparelho foi revestido com câmeras e sensores de pressão.
A equipe encheu o tubo com várias concentrações de gás hidrogênio e depois acendeu uma chama. À medida que se expandia e impulsionava em direção à extremidade aberta do tubo, a chama passou por uma série de minúsculas grades que tornavam o fogo cada vez mais turbulento. A pressão aumentou diante da chama turbulenta, finalmente criando ondas de choque supersônicas e desencadeando uma detonação que disparou pelo comprimento do tubo até cinco vezes a velocidade do som. (Nenhum cientista foi ferido por essas explosões controladas.)
Com os resultados dos experimentos com chamas químicas, os pesquisadores criaram um novo modelo para simular como as explosões de supernova poderiam detonar em condições semelhantes. Os cientistas descobriram que, dada a densidade e o tipo certos de matéria dentro de uma estrela, o interior em chamas de uma anã branca poderia criar ondas turbulentas suficientes para provocar uma explosão espontânea, como as vistas no laboratório.
Esses resultados, se verificados por mais pesquisas, farão mais do que apenas expandir nosso conhecimento científico sobre explosões estelares; eles também poderiam melhorar nossa compreensão das explosões (consideravelmente menores) que impulsionam nossos carros, aviões e naves espaciais aqui na Terra, disseram os pesquisadores. Mantenha seus ouvidos abertos para a franja maior ainda por vir.
