Supernova di laboratorium ini meniru dampak ledakan kosmik yang luar biasa – Sains Terkini

Terletak di konstelasi Taurus, tontonan gas-gas kosmik yang berputar-putar berukuran setengah lusin tahun cahaya melintasi cahaya dalam nuansa zamrud dan auburn. Nebula Kepiting lahir dari supernova, ledakan bintang raksasa, dan sekarang, mesin lab seukuran pintu ganda mereplikasi bagaimana ledakan besar melukiskan pusaran astronomi menjadi ada.

"Tingginya enam kaki dan tampak seperti sepotong besar pizza yang tingginya sekitar empat kaki di atas," kata Ben Musci dari mesin supernova yang ia buat untuk studi di Institut Teknologi Georgia.

Mesin itu juga setipis pintu dan berdiri secara vertikal dengan ujung "potongan pizza" di bagian bawah. Sebuah ledakan singkat di ujung itu mendorong gelombang ledakan ke arah atas, dan di tengah mesin, gelombang melewati dua lapisan gas, membuat mereka bercampur dengan turbulen ke dalam pusaran seperti yang ditinggalkan oleh supernova.

Sinar laser menerangi pusaran, dan melalui jendela, kamera kecepatan tinggi dengan lensa close-up menangkap keindahan bersama dengan data pada skala sentimeter yang dapat diekstrapolasi ke skala astronomi menggunakan matematika fisika yang sudah mapan. Mendapatkan mesin untuk menghasilkan hasil yang berguna untuk mempelajari alam membutuhkan dua setengah tahun penyesuaian teknik.

Pencocokan pusaran

"Kami tiba-tiba beralih dari kamar yang sangat tenang ke supernova kecil. Ada banyak rekayasa yang dilakukan untuk menahan ledakan dan pada saat yang sama membuatnya realistis ketika menyentuh antarmuka gas di jendela visualisasi," kata Devesh Ranjan, yang penyelidik utama studi dan seorang profesor di George W. Woodruff School of Mechanical Engineering Georgia Tech.


"Bagian yang sulit adalah memecahkan artefak yang bukan bagian dari fisika supernova. Saya menghabiskan satu tahun menyingkirkan hal-hal seperti gelombang kejut ekstra yang memantul di dalam ruangan atau udara yang bocor dari ruangan," kata Musci, penulis pertama studi tersebut. dan asisten peneliti pascasarjana di lab Ranjan. "Aku juga harus memastikan bahwa gravitasi, radiasi latar, dan suhu tidak menghilangkan fisika."

Para peneliti mempublikasikan hasilnya di The Astrophysical Journal pada 17 Juni 2020. Penelitian ini didanai oleh program Ilmu Energi Fusi Departemen AS. Musci berencana untuk bekerja sama dengan Laboratorium Nasional Lawrence Livermore untuk membandingkan pola gas mesin dengan data aktual tentang sisa-sisa supernova.

Ledakan spesial Supernova

Tidak semua nebula adalah sisa-sisa supernova, tetapi banyak juga. Mereka dan sisa-sisa supernova lainnya mulai dengan bintang masif. Bintang adalah bola gas, yang tersusun berlapis-lapis, dan ketika sebuah bintang meledak dalam supernova, lapisan itu memungkinkan pembentukan pusaran yang indah.

"Di luar, gas memiliki kerapatan rendah dan di dalam kerapatan tinggi, dan sangat dalam di bintang, kerapatan mulai memaksa gas bersama untuk membuat besi di inti bintang," kata Ranjan.

"Setelah titik ini, bintang kehabisan bahan bakar nuklir, sehingga gaya luar yang disebabkan oleh fusi nuklir berhenti menyeimbangkan gaya gravitasi ke dalam. Gravitasi ekstrim menghancurkan bintang," kata Musci.

Di tengah bintang, ada titik ledakan, yaitu supernova. Ini mengirimkan gelombang ledakan yang berjalan sekitar sepersepuluh dari kecepatan cahaya menembus gas, menyatukan lapisan mereka.

Gas yang lebih berat di lapisan dalam menusuk singkapan turbulen menjadi gas yang lebih ringan di lapisan luar. Kemudian di belakang gelombang ledakan, tekanan turun, meregangkan gas kembali untuk jenis pencampuran turbulen yang berbeda.

"Itu adalah dorongan yang keras diikuti dengan tarikan atau regangan yang berkepanjangan," kata Musci.

Supernova meniru peledak

Para peneliti menggunakan sejumlah kecil detonator yang tersedia secara komersial (mengandung RDX, atau Research Department eXplosive, dan PETN, atau pentaerythritol tetranitrate) untuk membuat ledakan miniatur singkat yang mengirimkan gelombang bersih melalui antarmuka antara gas yang lebih berat dan lebih ringan di dalam mesin.

Secara alami, gelombang ledakan keluar secara spheris ke segala arah, dan Musci mencapai representasi parsial kelengkungannya dalam gelombang ledakan mesin. Di alam dan di mesin, antarmuka antara gas penuh dengan tikungan kecil dan tidak rata yang disebut gangguan, dan gelombang ledakan menghantam mereka pada sudut miring.


"Itu penting untuk menumbuhkan gangguan awal yang mengarah pada turbulensi karena ketidakseimbangan itu menempatkan torsi pada antarmuka antara lapisan gas," kata Musci.

Konvolusi dan curlicues terjadi untuk membuat sisa-sisa supernova, yang berkembang selama ribuan tahun menjadi bentuk yang lebih lembut dan halus yang menggerakkan hati kita dengan kemegahan mereka. Bagi para fisikawan, tikungan-tikungan awal itu adalah struktur-struktur yang sangat mudah dikenali yang menarik untuk diteliti: Paku-paku gas berat yang bergolak yang menjelma menjadi gas ringan, "gelembung-gelembung" gas ringan yang diisolasi di area-area gas berat, dan ikal-ikal khas dari aliran turbulen awal.

"Salah satu hal paling menarik yang kami lihat terkait dengan misteri tentang supernova – mereka menembakkan gas berkepadatan tinggi yang disebut jalan keluar ejecta, yang dapat membantu menciptakan bintang-bintang baru. Kami melihat beberapa penggerak gas ini di perangkat tempat gas berat disebarkan jalan keluar ke gas ringan, "kata Musci.

Sisa-sisa Supernova terus berkembang dengan kecepatan ratusan mil per detik, dan mesin baru ini dapat membantu memperbaiki perhitungan kecepatan tersebut dan membantu mengkarakterisasi bentuk-bentuk perubahan yang tersisa. Supernova Nebula Kepiting direkam pada tahun 1054 oleh para astronom Cina, tetapi bagi banyak sisa lainnya, mesin itu juga dapat membantu menghitung momen kelahiran mereka.

Fusi kurungan inersia

Wawasan mesin akan berlaku secara terbalik untuk membantu pengembangan energi fusi nuklir. Proses yang disebut peleburan inersia menerapkan gaya ekstrem dan panas dari luar ke dalam secara merata ke area kecil di mana dua isotop gas hidrogen dilapisi satu sama lain, satu lebih padat daripada yang lain.

Lapisan-lapisan itu dipaksa bersama sampai inti atom melebur, melepaskan energi. Peneliti fusi berusaha untuk menghilangkan pencampuran turbulen. Apa yang indah di supernova membuat fusi nuklir kurang efisien.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=w1zFFSOeOeM&feature=emb_logo

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.