Comprender la explosión termonuclear de las supernovas de Tipo Ia (explosiones estelares poderosas y luminosas) solo es posible a través de modelos teóricos, que anteriormente no pudieron dar cuenta del mecanismo que detonó la explosión.

Una de las piezas clave de esta explosión, presente prácticamente en todos los modelos, es la formación de una onda de reacción supersónica llamada detonación, que puede viajar más rápido que la velocidad del sonido y es capaz de quemar todo el material de una estrella antes de que se disperse en el vacío del espacio.

Pero, la física de los mecanismos que crean una detonación en una estrella ha sido esquiva.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Connecticut, Universidad Texas A &M, Universidad de Florida Central, Laboratorio de Investigaciones Navales, y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea ha desarrollado una teoría que arroja luz sobre el enigmático proceso de formación de detonaciones en el corazón de estos notables eventos astronómicos.

La investigación, publicado el 1 de noviembre en Ciencias , ofrece una comprensión crítica de este proceso físico tanto en las estrellas como en los sistemas químicos de la Tierra. Fue dirigido por Alexei Poludnenko, La Escuela de Ingeniería de UConn y la Universidad Texas A&M; en colaboración con Jessica Chambers y Kareem Ahmed, la Universidad de Florida Central; Vadim Gamezo, el Laboratorio de Investigaciones Navales; y Brian Taylor, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.

Por primera vez, Los investigadores pudieron demostrar el proceso de formación de detonaciones a partir de una llama subsónica lenta utilizando tanto experimentos como simulaciones numéricas realizadas en algunas de las supercomputadoras más grandes del país. También aplicaron con éxito los resultados para predecir las condiciones de formación de detonación en uno de los escenarios teóricos clásicos de explosión de supernova de Tipo Ia.

Las explosiones de supernovas de tipo Ia ocurren cuando el carbono y el oxígeno se acumulan a una densidad de alrededor de 1, 000 toneladas por centímetro cúbico en el núcleo estelar se queman rápidamente, reacciones termonucleares. La explosión resultante rompe una estrella en cuestión de segundos y expulsa la mayor parte de su masa mientras emite una cantidad de energía igual a la energía emitida por la estrella durante toda su vida.

Típicamente, para formar una detonación, la quema debe ocurrir en un entorno confinado con paredes, obstáculos o fronteras, que puede limitar las ondas de presión que se liberan al quemar.

A medida que aumenta la presión, se forman ondas de choque, que pueden crecer en fuerza hasta el punto en que pueden comprimir la mezcla reactiva encendiéndola y produciendo un frente supersónico autosostenido. Las estrellas no tienen paredes ni obstáculos, lo que hace enigmática la formación de una detonación.

En este estudio, El equipo desarrolló una teoría unificada de deflagración a detonación inducida por turbulencias que describe el mecanismo y las condiciones para iniciar la detonación tanto en explosiones químicas como termonucleares no confinadas.

Según la teoría, si se toma mezcla reactiva, que quema y libera energía, y lo agita para crear una turbulencia intensa, Puede producirse una inestabilidad catastrófica que aumentaría rápidamente la presión en el sistema produciendo fuertes sacudidas y provocando una detonación. Sorprendentemente, esta teoría predice las condiciones para la formación de detonaciones en supernovas de Tipo Ia.

Los investigadores pudieron obtener información sobre los aspectos fundamentales de los procesos físicos que controlan las explosiones de supernovas porque las ondas de combustión termonuclear son similares a las ondas de combustión química en la Tierra en el sentido de que están controladas por los mismos mecanismos físicos.

Debido a las similitudes, los hallazgos pueden aplicarse a varios sistemas de combustión terrestres en los que se pueden formar detonaciones, como el contexto de accidentes industriales que involucran explosiones gaseosas, así como nuevas aplicaciones de propulsión y conversión de energía, como motores basados ​​en detonaciones.