Compreender a explosão termonuclear das supernovas do tipo Ia – explosões estelares poderosas e luminosas – só é possível através de modelos teóricos, que anteriormente não eram capazes de explicar o mecanismo que detonava a explosão.
Uma das peças principais dessa explosão, presente virtualmente em todos os modelos, é a formação de uma onda de reação supersônica chamada detonação, que pode viajar mais rápido que a velocidade do som e é capaz de queimar todo o material de uma estrela antes dela. dispersa no vácuo do espaço.
Mas, a física dos mecanismos que criam uma detonação em uma estrela é ilusória.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Connecticut, Universidade A&M do Texas, Universidade da Flórida Central, Laboratório de Pesquisa Naval e Laboratório de Pesquisa da Força Aérea desenvolveu uma teoria que lança luz sobre o processo enigmático de formação de detonação no centro desses notáveis eventos astronômicos.
A pesquisa, publicada em 1º de novembro na Science, oferece uma compreensão crítica desse processo físico, tanto nas estrelas quanto nos sistemas químicos da Terra. Foi liderado por Alexei Poludnenko, UConn School of Engineering e Texas A&M University; em colaboração com Jessica Chambers e Kareem Ahmed, Universidade da Flórida Central; Vadim Gamezo, o Laboratório de Pesquisa Naval; e Brian Taylor, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea.
Evolução de uma chama turbulenta e transição para uma detonação em uma mistura metano-ar. Crédito: Alexei Y. Poludnenko, Jessica Chambers, Kareem Ahmed, Vadim N. Gamezo, Brian D. Taylor, renderização pelo Centro de Análise e Avaliação de Dados do Programa de Modernização da Computação de Alto Desempenho do Departamento de Defesa dos EUA
Pela primeira vez, os pesquisadores conseguiram demonstrar o processo de formação de detonação a partir de uma chama subsônica lenta, usando experimentos e simulações numéricas realizadas em alguns dos maiores supercomputadores do país. Eles também aplicaram com sucesso os resultados para prever as condições de formação da detonação em um dos cenários teóricos clássicos da explosão de supernova do tipo Ia.
As explosões de supernovas do tipo Ia acontecem quando o carbono e o oxigênio acumulam uma densidade de cerca de 1.000 toneladas por centímetro cúbico no núcleo estelar queimando em reações termonucleares rápidas. A explosão resultante interrompe uma estrela em questão de segundos e ejeta a maior parte de sua massa, emitindo uma quantidade de energia igual à energia emitida pela estrela durante toda a sua vida útil.
Normalmente, para formar uma detonação, a queima deve ocorrer em um ambiente confinado com paredes, obstáculos ou limites, que podem limitar as ondas de pressão liberadas pela queima.
À medida que a pressão aumenta, formam-se ondas de choque, que podem crescer em força até o ponto em que podem comprimir a mistura reagente que a acende e produzir uma frente supersônica autossustentável. As estrelas não têm paredes ou obstáculos, o que torna a formação de uma detonação enigmática.
Formação de choque espontâneo acionado por turbulência em uma chama termonuclear. Crédito: Alexei Y. Poludnenko, Jessica Chambers, Kareem Ahmed, Vadim N. Gamezo, Brian D. Taylor, renderização pelo Centro de Análise e Avaliação de Dados do Programa de Modernização da Computação de Alto Desempenho do Departamento de Defesa dos EUA
Neste estudo, a equipe desenvolveu uma teoria unificada de deflagração para detonação induzida por turbulência, que descreve o mecanismo e as condições para iniciar a detonação, tanto em explosões químicas quanto termonucleares não confinadas.
De acordo com a teoria, se alguém pegar uma mistura reativa, que queima e libera energia, e a agita para criar turbulência intensa, pode resultar em uma instabilidade catastrófica e aumentaria rapidamente a pressão no sistema, produzindo fortes choques e provocando uma detonação. Notavelmente, essa teoria prediz as condições para a formação de detonação nas supernovas do tipo Ia.
Os pesquisadores conseguiram entender os aspectos fundamentais dos processos físicos que controlam as explosões de supernovas porque as ondas de combustão termonucleares são semelhantes às ondas de combustão química na Terra, pois são controladas pelos mesmos mecanismos físicos.
Devido às semelhanças, os resultados podem ser aplicados a vários sistemas de combustão terrestre nos quais podem ocorrer detonações, como o contexto de acidentes industriais envolvendo explosões gasosas, bem como novas aplicações de propulsão e conversão de energia, como motores à base de detonação.
Publicado em 03/11/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-10-mechanisms-big.html
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