يمكننا فهم الانفجار النووي الحراري للمستعر الأعظم (الانفجار القوي اللامع للنجم في نهاية حياته) فقط من خلال النماذج النظرية التي لم تكن في السابق قادرة على حساب الآلية المسببة للانفجار. أحد العناصر الرئيسة الموجود في كل نماذج المستعرات العظمى ، هو تكون موجة صدمة أسرع من الصوت (detonation) قادرة على حرق جميع مواد النجم قبل أن تنتشر في فراغ الفضاء، لكن الآلية الفيزيائية المسببة لموجة الصدمة لا تزال بعيدة المنال.
حاليًا يطور فريق من الباحثين من جامعة كونيتيكت وجامعة تكساس، وجامعة سنترال فلوريدا، ومختبر أبحاث البحرية، ومختبر أبحاث القوات الجوية نظريةً تلقي الضوء على الآلية الغامضة المسببة لموجة الصدمة المتكونة في قلب هذا الحدث الفلكي العجيب.
يقدم البحث الذي نُشر في 1 نوفمبر في مجلة ساينس، فهمًا دقيقًا لهذه العملية الفيزيائية سواء في النجوم أو في النظم الكيميائية على الأرض.
يرأس البحث أليكسي بولديننكو من كلية الهندسة بجامعة كونيتيكت وتكساس، بالتعاون مع جيسيكا تشامبرز وكريم أحمد من جامعة سنترال فلوريدا، وفاديم جنزو من مختبر الأبحاث البحرية، وبرايان تايلور من مختبر أبحاث سلاح الجو.
لأول مرة، تمكن الباحثون من إظهار آلية تكون موجة الصدمة خلال لهب أبطأ من سرعة الصوت عن طريق كل من التجارب والمحاكاة العددية (Numerical simulation) باستخدام بعض الحواسيب العملاقة.
وطبقوا أيضًا النتائج بنجاح للتنبؤ بظروف تشكُل موجة الصدمة في أحد السيناريوهات النظرية الكلاسيكية لانفجار المستعرات العظمى.
تحدث انفجارات المستعرات العظمى عندما يحترق الكربون والأكسجين عند كثافة تبلغ حوالي 1000 طن لكل سم مكعب في قلب النجم في تفاعلات نووية حرارية سريعة.
يؤدي الانفجار إلى تمزق النجم في غضون ثوانٍ فيقذف معظم كتلته في الفضاء بينما تنبعث كمية من الطاقة تساوي الطاقة المنبعثة من النجم على مدار حياته بأكملها.
من أجل تكوين موجة صدمة، يجب عادةً أن يحدث الاحتراق في مكان محاط بجدران أو عوائق أو حدود تحصر موجات الضغط الناتجة عن الاحتراق، مع ارتفاع الضغط تتشكل موجات الصدمة، ويمكن أن تزداد قوتها إلى الحد الذي يمكن فيه عندها ضغط خليط التفاعل نفسه وإنتاج موجة صدمة فائقة.
ليس للنجوم جدران أو حواجز، ما يضفي الغموض على موجة صدمة المستعر الأعظم.
في هذه الدراسة، طور الفريق نظرية موحدة تصف آلية وشروط بدء الانفجار في كل من الانفجارات الكيميائية والنووية الحرارية غير المقيدة.
إذا صنعنا خليطًا تفاعليًا يحترق ويبعث طاقة، ويُثير اضطرابًا عنيفًا، فوفقًا للنظرية، قد يؤدي إلى زيادة الضغط في النظام ما يؤدي إلى صدمة انفجارية عنيفة.
تنبأت هذه النظرية على نحو ملحوظ بظروف تشكل انفجارات المستعرات العظمى.
تمكن الباحثون من التعرف على الجوانب الأساسية للعمليات الفيزيائية التي تتحكم في انفجارات المستعرات العظمى، لأن موجات الاحتراق النووي تشبه موجات الاحتراق الكيميائي على الأرض؛ إذ يُتحكم بها باستخدام نفس الآليات الفيزيائية.
يمكن تطبيق النتائج على العديد من أنظمة الاحتراق الأرضية التي تتشكل فيها موجات الصدمة بسبب أوجه التشابه بينهما، كما في الحوادث الصناعية المحتوية على انفجارات غازية على سبيل المثال، بالإضافة إلى التطبيقات الجديدة، وتحويل الطاقة، ومحركات الانفجار.
نُشر البحث في مجلة Science ، مقدم من جامعة كونيتيكت .
اقرأ أيضًا:
المستعر الأعظم ( السوبرنوفا ) – الحدث الأكثر تألقًا في الكون !
كم تبلغ درجة حرارة الذرات المنطلقة من انفجار المستعر الأعظم ؟
ترجمة: محمد رشود
تدقيق: سمية المهدي
