科学家进行超音速引擎试验时,意外在实验室中创造出类似「超新星爆炸」的小规模爆轰。


科学家意外在实验室创造小规模的超新星爆炸


宇宙的诞生

当恒星死亡时,会留下一个被称为「超新星」(supernova)的爆炸性遗迹,通常会照亮其宿主星系。比起太阳质量大上10 倍到100 倍的恒星之死,会创造出一个超新星的爆炸。在一个如同我们银河系的星系中,大约每50 年左右会发生一次超新星爆炸。如此的爆炸可能就造成了宇宙的诞生。但是这些爆炸一开始是如何产生的仍然是谜。

这个爆炸应该非常巨大,是宇宙南极洲发现来自一颗古老超新星的放射性尘土)有史以来经历过最大的爆炸。然而,科学家在中佛罗里达大学(University of Central Florida,UCF)的实验室中,使用一根约5 公分的管子,重建了小规模的超新星爆炸。

意外产生的结果

UCF 机械及航太工程学系(Department of Mechanical and Aerospace Engineering)的助理教授卡伦·阿默德(Kareem Ahmed)原本在测试引擎的推进力,以便让飞行器可以在超音速下行进。他的实验中,测试了非常活跃的火焰。

阿默德教授表示:「随着我们开始深入研究,我们发现我们实际上可以在钝态火焰转变成非常活跃的火焰之间达成该机制。也就是说,在这转变之间会引起一个实质上为超新星爆炸的程度。」

在恒星死亡之际,它们会开始燃烧,消耗氧气及碳,之后会经历过一段加速阶段及转变模式,最后以一个强烈的爆轰作结。阿默德教授表示:「这些火焰是如何自动地加速并转变成爆轰呢?我们知道爆轰是存在的,问题是,总是缺少一个如何突然从一个模式转变成另一个模式的连结。」

当大部分用来解释大霹雳的机制都假设已经事先存在一个爆轰或冲击,阿默德教授的团队所探索的机制采用了钝态火焰,例如蜡烛火焰,并将其转变成一个能量大的火焰。阿默德教授表示:「当我们开始注意到火焰可以自我加速,我们就必须研发出一个独特的设备来进行探索。」

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该设备的型态是一根约5 公分的震波管,其会诱导湍流,并让钝态火焰与该湍流互动,直到自行驱动爆轰。阿默德教授表示,该实验管会变得很像一把强大的散弹枪。

虽然实验室的爆炸比起孕育宇宙爆炸的规模小了很多,但同样的理论可以被应用于一个更大的规模上。藉由追踪那第一个爆炸背后的机制,科学家可以更了解宇宙的年龄。阿默德教授表示:「现在我们藉由这根管子中的事件历史来追踪回最主要的爆炸。甚至,若我们要了解更深,到超过大霹雳之前的时间,以及爆炸是如何诞生的话,那就回到爆炸最一开始的简单蜡烛起源即可。」

除此之外,该研究结果现阶段也能够应用于地球上。例如可以为太空船或飞机研发更有效率的超音速引擎。