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答案揭晓!超新星爆炸背后的真相!科学家模拟实验发现答案!

时间:2021-10-22 09:52:24

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答案揭晓!超新星爆炸背后的真相!科学家模拟实验发现答案!

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话不多说,直接进入主题。我们知道IA型超新星的形成是宇宙中最令科学家感兴趣的事件之一,它是在从伴星吸走物质后,在一种被称为白矮星的超高密度恒星尸体爆炸后产生的。那么它们为什么会爆炸呢?科学家解释:这种爆炸机制与在地球上驱动爆炸的机制类似。但是真的那么简单吗?

IA型超新星

首先,有许多读者了解超新星的存在,但是对于IA型超新星可能有点陌生,但是其实很简单。从字面理解,很多人可能会把它理解为一种特殊的超新星,其实不然,Ia型超新星它并不是一个天体,而是一个事件。Ia型超新星的形成需要一个双星系统条件,一个是巨星,一个是白矮星。其中质量极大的白矮星吸取巨星的物质,大部分是氢物质,当吸收的程度使得白矮星的质量达到1.44个太阳质量时,会引起核聚变。随着观测技术的提高,研究人员已寻找到越来越多的Ia型超新星,并且发现约有一半的IA型超新星的延迟时间小于1亿年,其所谓的延迟时间是指从双星系统的形成到发生Ia型超新星爆炸的时间间隔。这就意味着,茫茫宇宙必然存在着更年轻的IA型超新星。

这是一项IA超新星遗迹,由美国宇航局钱德拉x射线天文台拍摄。图中低能量的x射线(红色)表示超新星爆炸的残骸在膨胀,高能量的x射线(蓝色)表示冲击波,这是一层能量极高的电子壳。

研究IA超新星对天文学家来说非常重要;由于IA型超新星具有相对固定的固有光度,所以科学家们用IA型超新星作为“标准烛光”来确定宇宙的距离。事实上,前,对IA型超新星的观测揭示了宇宙的膨胀正在加速,这一惊人的发现为三位研究人员赢得了诺贝尔物理学奖,并由此出现了一种被称为暗能量的神秘力量。

新实验的曙光

来自康涅狄格大学机械工程副教授Alexei Poludnenko(波卢德年科)表示:“不过具有讽刺意味的是,即便人类到现在已经掌握了如此丰富的观测数据,但是我们仍然不了解它们是如何工作的。在过去的几十年里,我们的理论科学家们一直停滞不前、原地踏步。”他表示,这种停滞的部分原因是IA型超新星爆炸过程仍然笼罩在神秘之中。具体来说,科学家们还不清楚是什么促使了从“爆燃”(一种火焰以低于音速的速度移动)到“爆轰”(一种由超音速激波驱动的更强大的事件)的转变。不过,由波卢德年科领导的一项新研究,可能会在很大程度上帮助理清头绪。

据了解,波卢德年科和他的同事使用一个新设计的模型模拟了临界爆燃到爆轰的转变(DDT),并对化学火焰进行了实验室实验来验证这些结果和模型的有效性。最后研究人员发现IA型超新星中的DDT在火焰产生的湍流足够高时会自发发生。这是一次重要的发现,波卢德年科兴奋地表示,我们重新定义了一个关键的标准,在这个标准中,我们可以让火焰自行产生湍流,自发加速,然后转变为爆炸。我们利用乱流来加强反应的混合,使之转变成剧烈的反应,并最终形成超新星。

巧合的是,这和化学系统中发生的机制是一样的,比如氢-空气或甲烷-空气的转化。很显然,宇宙的万物皆有渊源,两者看起来不相关的存在,实际上它们通过层层关系联系在一起。该团队还计算出了导致白矮星变成超新星的条件。这一切都与密度有关,结果表示在密度为每立方厘米10^7到10^8克的情况下,DDT几乎必然发生,考虑到白矮星竟然将大约一半的太阳质量塞进一个只比地球稍大一点的球体中,这种密度令人难以置信,地球的密度是每立方厘米5.5克,但是和中子星比起来,这并不奇怪。

研究小组成员还表示,这项新研究在地球上也有一些应用,可能会改进飞机和航天器的推进系统,提高发电效率。

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