圖:NASA/Victor Tangermann

科學家進行超音速引擎試驗時,意外在實驗室中創造出類似「超新星爆炸」的小規模爆轟。

宇宙的誕生

當恆星死亡時,會留下一個被稱為「超新星」(supernova)的爆炸性遺跡,通常會照亮其宿主星系。比起太陽質量大上 10 倍到 100 倍的恆星之死,會創造出一個超新星的爆炸。在一個如同我們銀河系的星系中,大約每 50 年左右會發生一次超新星爆炸。如此的爆炸可能就造成了宇宙的誕生。但是這些爆炸一開始是如何產生的仍然是謎。

這個爆炸應該非常巨大,是宇宙有史以來經歷過最大的爆炸。然而,科學家在中佛羅里達大學(University of Central Florida,UCF)的實驗室中,使用一根約 5 公分的管子,重建了小規模的超新星爆炸。

意外產生的結果

UCF 機械及航太工程學系(Department of Mechanical and Aerospace Engineering)的助理教授卡倫·阿默德(Kareem Ahmed)原本在測試引擎的推進力,以便讓飛行器可以在超音速下行進。他的實驗中,測試了非常活躍的火焰。

阿默德教授表示:「隨著我們開始深入研究,我們發現我們實際上可以在鈍態火焰轉變成非常活躍的火焰之間達成該機制。也就是說,在這轉變之間會引起一個實質上為超新星爆炸的程度。」

在恆星死亡之際,它們會開始燃燒,消耗氧氣及碳,之後會經歷過一段加速階段及轉變模式,最後以一個強烈的爆轟作結。阿默德教授表示:「這些火焰是如何自動地加速並轉變成爆轟呢?我們知道爆轟是存在的,問題是,總是缺少一個如何突然從一個模式轉變成另一個模式的連結。」

當大部分用來解釋大霹靂的機制都假設已經事先存在一個爆轟或衝擊,阿默德教授的團隊所探索的機制採用了鈍態火焰,例如蠟燭火焰,並將其轉變成一個能量大的火焰。阿默德教授表示:「當我們開始注意到火焰可以自我加速,我們就必須研發出一個獨特的設備來進行探索。」

設備及結果

該設備的型態是一根約 5 公分的震波管,其會誘導湍流,並讓鈍態火焰與該湍流互動,直到自行驅動爆轟。阿默德教授表示,該實驗管會變得很像一把強大的散彈槍。

雖然實驗室的爆炸比起孕育宇宙爆炸的規模小了很多,但同樣的理論可以被應用於一個更大的規模上。藉由追蹤那第一個爆炸背後的機制,科學家可以更了解宇宙的年齡。阿默德教授表示:「現在我們藉由這根管子中的事件歷史來追蹤回最主要的爆炸。甚至,若我們要了解更深,到超過大霹靂之前的時間,以及爆炸是如何誕生的話,那就回到爆炸最一開始的簡單蠟燭起源即可。」

除此之外,該研究結果現階段也能夠應用於地球上。例如可以為太空船或飛機研發更有效率的超音速引擎。

參考資料:

  1. Rabie, P., (2019, October 31). Scientists recreate origin of the universe in a lab. Inverse
  2. Poludnenko, A. Y., (2019, November 01). A unified mechanism for unconfined deflagration-to-detonation transition in terrestrial chemical systems and type Ia supernovae. Science. DOI: 10.1126/science.aau7365
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