Ubicado en la constelación de Tauro, un espectáculo de remolinos de gases cósmicos que miden media docena de años luz a través de resplandores en tonos esmeralda y rojizo. La Nebulosa del Cangrejo nació de una supernova, la explosión de una estrella gigante, y ahora, una máquina de laboratorioel tamaño de una puerta doble replica cómo las inmensas explosiones pintan los remolinos astronómicos.
"Tiene seis pies de altura y parece una gran porción de pizza de unos cuatro pies de ancho en la parte superior", dijo Ben Musci de la máquina de supernova que construyó para un estudio en el Instituto de Tecnología de Georgia.
La máquina también es casi tan delgada como una puerta y se coloca verticalmente con la punta de la "rebanada de pizza" en la parte inferior. Una detonación concisa en esa punta empuja una onda expansiva hacia la parte superior y en el medio de la máquina, la ola pasa a través de dos capas de gas, haciendo que se mezclen turbulentamente en remolinos como los que dejan las supernovas.
La luz láser ilumina los remolinos, y a través de una ventana, una cámara de alta velocidad con una lente de primer plano captura la belleza junto con datos en una escala de centímetros que se pueden extrapolar a escalas astronómicas utilizando matemáticas físicas bien establecidas.La máquina para producir resultados útiles para estudiar la naturaleza tomó dos años y medio de ajustes de ingeniería.
Unir remolinos
"De repente pasamos de una cámara perfectamente inmóvil a una pequeña supernova. Se realizó una gran cantidad de ingeniería para contener la explosión y, al mismo tiempo, hacerla realista cuando golpea la interfaz de gas en la ventana de visualización", dijo Devesh Ranjan, investigador principal del estudio y profesor en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech.
"La parte difícil fue solucionar los artefactos que no formaban parte de la física de las supernovas. Pasé un año deshaciéndome de cosas como una onda de choque adicional que rebotaba en la cámara o el aire que se filtraba de la habitación", dijo Musci, el estudioprimer autor y asistente de investigación graduado en el laboratorio de Ranjan: "También tuve que asegurarme de que la gravedad, la radiación de fondo y la temperatura no afectaran a la física".
Los investigadores publican sus resultados en El diario astrofísico el 17 de junio de 2020. La investigación fue financiada por el programa Fusion Energy Science del Departamento de Energía de los EE. UU. Musci planea colaborar con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore para comparar los patrones de gases de la máquina con los datos reales sobre los restos de supernovas.
explosión especial de Supernova
No todas las nebulosas son remanentes de supernovas, pero muchas lo son. Ellos y otros remanentes de supernovas comienzan con una estrella masiva. Las estrellas son bolas de gases, que están dispuestas en capas, y cuando una estrella explota en una supernova, esas capas permitenLa formación de los hermosos remolinos.
"En el exterior, los gases tienen baja densidad y en el interior alta densidad, y muy profundo en la estrella, la densidad comienza a forzar a los gases a formar hierro en el núcleo de la estrella", dijo Ranjan.
"Después de este punto, la estrella se queda sin combustible nuclear, por lo que la fuerza externa causada por la fusión nuclear deja de equilibrar la fuerza gravitacional interna. La gravedad extrema colapsa la estrella", dijo Musci.
En el centro de la estrella, hay un punto de explosión, que es la supernova. Envía una onda expansiva que viaja a aproximadamente una décima parte de la velocidad de la luz que atraviesa los gases y atasca sus capas.
El gas más pesado en las capas internas apuñala afloramientos turbulentos en gas más liviano en las capas externas. Luego, detrás de la onda expansiva, la presión cae, estirando los gases para un tipo diferente de mezcla turbulenta.
"Es un empujón fuerte seguido de un tirón o estiramiento prolongado", dijo Musci.
Explosivo imita supernova
Los investigadores utilizaron pequeñas cantidades de un detonador disponible en el mercado que contiene RDX, o el Departamento de Investigación eXplosive, y PETN, o tetranitrato de pentaeritritol para hacer la explosión concisa en miniatura que envió una onda limpia a través de la interfaz entre los gases más pesados y ligeros en elmáquina.
En la naturaleza, la onda expansiva sale esféricamente en todas las direcciones, y Musci logró una representación parcial de su curvatura en la onda expansiva de la máquina. En la naturaleza y en la máquina, las interfaces entre los gases están llenas de pequeños giros y vueltas desigualesllamadas perturbaciones, y la onda expansiva los golpea en ángulos sesgados.
"Eso es importante para aumentar la perturbación inicial que conduce a la turbulencia porque esa desigualdad pone un par en la interfaz entre las capas de gas", dijo Musci.
Se producen convoluciones y curvas para crear restos de supernova, que se expanden durante miles de años para convertirse en formas más suaves y suaves que agitan nuestros corazones con su esplendor. Para los físicos, esos giros iniciales son estructuras altamente reconocibles interesantes para el estudio: espigas turbulentas de gas pesadosobresaliendo en gas ligero, "burbujas" de gas ligero aisladas en áreas de gas pesado y rizos típicos del flujo turbulento temprano.
"Una de las cosas más interesantes que vimos se relacionó con un misterio sobre las supernovas: disparan gas de alta densidad llamado eyección, que puede ayudar a crear nuevas estrellas. Vimos algo de esta propulsión de gas en el dispositivo donde hay gas pesadose propagó hacia el gas ligero ", dijo Musci.
Los remanentes de supernova se expanden perpetuamente a velocidades de cientos de millas por segundo, y la nueva máquina podría ayudar a refinar los cálculos de esas velocidades y ayudar a caracterizar las formas cambiantes de los remanentes. La supernova de la Nebulosa del Cangrejo fue registrada en el año 1054 por astrónomos chinos, pero paramuchos otros restos, la máquina también podría ayudar a calcular su momento de nacimiento.
fusión por confinamiento inercial
Las ideas de la máquina se aplicarían a la inversa para ayudar con el desarrollo de la energía de fusión nuclear. El proceso llamado fusión por confinamiento inercial aplica fuerza extrema y calor desde el exterior hacia adentro de manera uniforme sobre una pequeña área donde dos isótopos de gas hidrógeno se superponen, uno más denso que el otro.
Las capas se unen hasta que los núcleos de los átomos se fusionan, liberando energía. Los investigadores de Fusion se esfuerzan por eliminar la mezcla turbulenta. Lo que es hermoso en la supernova hace que la fusión nuclear sea menos eficiente.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=w1zFFSOeOeM&feature=emb_logo
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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