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摘要:现在,在实验室研究了一系列可控的化学爆炸后,研究人员说他们已经找到了一种无约束爆炸的“统一机制”,这种无约束爆炸连接了宇宙中最小和最大的爆炸。压力安装在湍流火焰的前面,最终产生超音速冲击波并引发爆炸,爆炸以高达音速5倍的速度沿着管子的长度飞驰而下。这些结果,如果得到进一步研究的证实,研究人员说,这不仅会扩展我们对恒星爆炸的科学知识,还能提高我们对推动我们在地球上的汽车、飞机和宇宙飞船的爆炸的理解。
大约140亿年前,宇宙中的所有物质都自发地从一个单一的、无限小的、无限密的斑点中爆发出来。可以肯定地说,这次大爆炸是宇宙史上最大的一次爆炸。现在,科学家们正在研究宇宙中一些最小的爆炸——在一个2英寸宽(5厘米)的管子里的微小化学爆炸——试图解释原始爆炸是如何发生的。
根据周四(10月31日)发表在《科学》杂志上的这项新研究的作者所说,宇宙中的每一次爆炸无论是一颗恒星进入超新星,还是在你的汽车引擎中燃烧的最后一滴汽油,都遵循类似的规则。“KDSPE”“KDSPs”然而,这些规则对于无限制的爆炸来说是特别困难的(那些发生在开放的,没有任何墙壁或障碍物的拳击),因为这些爆炸可以从一团火焰变成一团混乱的火球,似乎没有任何挑衅。现在,在实验室研究了一系列可控的化学爆炸后,研究人员说他们已经找到了一种无约束爆炸的“统一机制”,这种无约束爆炸连接了宇宙中最小和最大的爆炸。
的关键是湍流;足够的湍流搅动火焰,大量的压力会积聚起来,直到火焰释放出冲击波引发爆炸。这一发现可能是准确理解超新星如何发生的关键工具,甚至可能为科学家们提供线索,让他们知道大爆炸是如何从一个物质核自发演化到我们所知的宇宙的,研究人员说:
“我们定义了一个临界标准,在这个标准下,我们可以驱动火焰自行产生湍流,自发加速”然后爆炸,研究合著者、中佛罗里达大学助理教授卡里姆·艾哈迈德在一份声明中说当我们开始深入挖掘时,我们意识到这与宇宙起源一样深刻的事物有关。
这个新实验的可视化捕捉到了气体火焰屈服于自身湍流并作为剧烈爆炸引爆的时刻。(Alexei Y.Poludnenko,Jessica Chambers,Kareem Ahmed,Vadim N.Gamezo,Brian D.Taylor,美国国防部高性能计算现代化项目数据分析与评估中心绘制)爆炸可通过两种方式释放能量:爆燃,当火焰释放出比声速慢的压力波(比如闪烁的蜡烛释放热量)或爆炸时,当波以超音速向外移动时(比如一根 ... 棒爆炸)。在许多情况下,爆燃会导致爆炸,而这种转变(称为爆燃到爆炸转变,简称DDT)是解释超新星如何爆炸的关键,这项研究的作者写道:
在先前的研究中的模拟表明,如果火焰暴露在大量的湍流中,在爆燃过程中会自发加速。这种加速度产生强烈的冲击波,使火焰变得越来越不稳定,这一过程可以解释白矮星(曾经强大的恒星的致密尸体)如何在太空中闷烧数百万年,然后在超新星爆炸中自发爆发。然而,DDT对超新星爆炸的解释只在模拟中得到验证,从未在实验中得到验证。因此,在他们的新研究中,研究人员通过一系列微小的化学爆炸来测试这一过程,这些化学爆炸的演化方式可能与遥远的超新星相同。
研究小组用一种特殊的装置点燃了它们的爆炸叫做湍流激波管,一种中空的,5英尺长(1.5米),1.8英寸宽(4.5厘米)的管子,一端有火花点火器。管子的另一端是敞开的(允许无限制的爆炸),整个装置都有摄像头和压力传感器。
小组用不同浓度的氢气填充管子,然后引发火焰。当它膨胀并向管子的开口端推进时,火焰通过一系列微小的格栅,使得火焰变得越来越汹涌。压力安装在湍流火焰的前面,最终产生超音速冲击波并引发爆炸,爆炸以高达音速5倍的速度沿着管子的长度飞驰而下。(没有科学家受到这些受控爆炸的伤害。)
根据化学火焰实验的结果,研究人员创建了一个新的模型来模拟超新星爆炸在类似条件下如何引爆。科学家们发现,如果恒星内部的物质密度和类型正确,白矮星燃烧的内部确实可以产生足够的湍流波来引发自发爆炸,就像实验室里看到的那样。
这些结果,如果得到进一步研究的证实,研究人员说,这不仅会扩展我们对恒星爆炸的科学知识,还能提高我们对推动我们在地球上的汽车、飞机和宇宙飞船的(相当小的)爆炸的理解。留心听更大的刘海。
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