Khoảng 14 tỷ năm trước, tất cả các vật chất trong vũ trụ tự phát ra từ một đốm nhỏ, vô cùng nhỏ, vô cùng dày đặc. Thật an toàn khi nói rằng sự kiện này, Vụ nổ lớn, là vụ nổ lớn nhất trong lịch sử vũ trụ. Bây giờ, các nhà khoa học đang xem xét một số vụ nổ nhỏ nhất trong vũ trụ - những vụ nổ hóa học nhỏ trong ống rộng 2 inch (5 cm) - để cố gắng giải thích vụ nổ nguyên thủy đó có thể xảy ra như thế nào.
Theo các tác giả của nghiên cứu mới, được công bố hôm thứ Năm (31/10) trên tạp chí Science, mọi vụ nổ trong vũ trụ - cho dù đó là một ngôi sao đi siêu tân tinh hay giọt xăng cuối cùng đốt cháy trong động cơ xe hơi của bạn - theo một tập hợp tương tự quy tắc.
Tuy nhiên, những quy tắc đó đặc biệt khó kiểm soát các vụ nổ không được kiểm soát (những vụ nổ xảy ra ngoài trời, không có bất kỳ bức tường hay rào chắn nào đẩy chúng vào), vì những vụ nổ này có thể biến đổi từ một ngọn lửa thành một quả cầu lửa hỗn loạn mà dường như không có sự khiêu khích . Bây giờ, sau khi nghiên cứu một loạt các vụ nổ hóa học có kiểm soát trong phòng thí nghiệm của họ, các tác giả nghiên cứu cho biết họ đã tìm ra một "cơ chế thống nhất" của các vụ nổ không được kiểm soát liên kết các vụ nổ nhỏ nhất và lớn nhất trong vũ trụ.
Chìa khóa, nhóm tìm thấy, là sự hỗn loạn; với đủ nhiễu loạn làm bùng cháy ngọn lửa, một lượng lớn áp lực có thể tích tụ, cho đến khi ngọn lửa giải phóng một sóng xung kích gây ra vụ nổ. Phát hiện này có thể là một công cụ quan trọng để hiểu chính xác cách thức các siêu tân tinh xảy ra và thậm chí có thể cung cấp cho các nhà khoa học một manh mối về cách Big Bang tự phát triển từ một khối vật chất vào vũ trụ như chúng ta biết, các nhà nghiên cứu cho biết.
"Chúng tôi đã xác định các tiêu chí quan trọng, nơi chúng tôi có thể điều khiển ngọn lửa để tự tạo ra sự hỗn loạn của chính nó, tăng tốc một cách tự nhiên" và sau đó bùng nổ, đồng tác giả nghiên cứu Kareem Ahmed, một giáo sư trợ lý tại Đại học Trung tâm Florida, cho biết trong một tuyên bố. "Khi chúng tôi bắt đầu đào sâu hơn, chúng tôi nhận ra rằng điều này có liên quan đến một thứ gì đó sâu sắc như nguồn gốc của vũ trụ."
Vụ nổ có thể giải phóng năng lượng theo hai cách: thông qua sự xì hơi, khi ngọn lửa giải phóng sóng áp lực di chuyển chậm hơn tốc độ âm thanh (nghĩ rằng một ngọn nến nhấp nháy giải phóng nhiệt), hoặc phát nổ, khi sóng di chuyển ra ngoài với tốc độ siêu âm (nghĩ là một thanh TNT nổ tung). Trong nhiều trường hợp, việc xì hơi có thể dẫn đến phát nổ và quá trình chuyển đổi đó (được gọi là quá trình chuyển hướng từ nổ sang nổ, hoặc DDT) là chìa khóa để giải thích cách các siêu tân tinh nổ vào hành động, các tác giả nghiên cứu đã viết.
Mô phỏng trong các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ngọn lửa trong quá trình xì hơi có thể tăng tốc một cách tự nhiên nếu chúng tiếp xúc với nhiều sóng gió. Gia tốc này tạo ra sóng xung kích mạnh khiến ngọn lửa ngày càng không ổn định, cuối cùng có thể biến sự kiện thành một vụ nổ dữ dội.
Quá trình này có thể giải thích làm thế nào các sao lùn trắng (xác chết nhỏ gọn của các ngôi sao hùng mạnh một thời) có thể tỏa sáng trong không gian hàng triệu năm trước khi tự nhiên phun trào trong vụ nổ siêu tân tinh. Tuy nhiên, lời giải thích DDT về vụ nổ siêu tân tinh chỉ được xác nhận trong các mô phỏng và chưa bao giờ được thử nghiệm. .
Nhóm nghiên cứu đã kích hoạt vụ nổ của chúng trong một thiết bị đặc biệt gọi là ống sốc hỗn loạn, ống rỗng, dài 5 feet (1,5 mét), rộng 1,8 inch (4,5 cm) được gắn một tia lửa điện ở một đầu. Đầu kia của ống được để mở (cho phép một vụ nổ không được kiểm soát), và toàn bộ thiết bị được lót bằng camera và cảm biến áp suất.
Nhóm nghiên cứu lấp đầy ống với nồng độ khí hydro khác nhau, sau đó châm lửa. Khi nó mở rộng và đẩy về phía đầu mở của ống, ngọn lửa truyền qua một loạt các tấm lưới nhỏ khiến ngọn lửa ngày càng hỗn loạn hơn. Áp lực được đặt trước ngọn lửa hỗn loạn, cuối cùng tạo ra sóng xung kích siêu thanh và kích hoạt một vụ nổ làm giảm độ dài của ống với tốc độ gấp 5 lần tốc độ âm thanh. (Không có nhà khoa học nào bị thương bởi những vụ nổ có kiểm soát này.)
Với kết quả từ các thí nghiệm ngọn lửa hóa học, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình mới để mô phỏng cách các vụ nổ siêu tân tinh có thể phát nổ trong các điều kiện tương tự. Các nhà khoa học nhận thấy rằng, với mật độ và loại vật chất phù hợp bên trong một ngôi sao, phần bên trong của sao lùn trắng thực sự có thể tạo ra đủ sóng hỗn loạn để gây ra vụ nổ tự phát, giống như những gì nhìn thấy trong phòng thí nghiệm.
Những kết quả này, nếu được xác minh bởi nghiên cứu sâu hơn, sẽ làm nhiều hơn là chỉ mở rộng kiến thức khoa học của chúng ta về vụ nổ sao; họ cũng có thể cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về các vụ nổ (nhỏ hơn đáng kể) để đẩy xe hơi, máy bay và tàu vũ trụ của chúng ta ở đây trên Trái đất, các nhà nghiên cứu cho biết. Giữ cho đôi tai của bạn mở cho những tiếng nổ lớn hơn chưa đến.
