Известно, что взрывы сверхновых являются одними из самых высокоэнергетических катаклизмов во Вселенной, оставляя за собой туманности различной формы, как магнит притягивающие внимание ученых-астрономов. И для того, чтобы лучше понять физику процессов этих взрывов, исследователи из Технологического института штата Джорджия создали “машину сверхновых”, которая позволяет воспроизвести это все в лабораторных условиях.
Звезды – это большие газовые шары, находящиеся в течение миллионов лет в состоянии хрупкого равновесия. Интенсивная гравитация массы звездной материи притягивает эту материю в сторону центра звезды, а процессы ядерного синтеза выделяют огромные количества энергии, создают волны давления, направленные в обратную сторону, от центра к поверхности. Во время основного цикла жизни звезды эти две силы уравновешивают друг друга, но неизбежно наступает момент, когда звезда выжигает все запасы термоядерного топлива, и силы гравитации выигрывают в противостоянии двух сил.
Когда это происходит, звезда под воздействием собственной гравитации очень быстро схлопывается, что приводит к скачкообразному повышению температуры в ее центре и к бурной активизации реакций термоядерного синтеза, в которых задействованы более тяжелые элементы, чем водород. Естественно, что получается мощнейший взрыв, который сбрасывает верхние оболочки звезды в окружающее космическое пространство. В результате этого на месте взрыва остается чрезвычайно плотный объект – нейтронная звезда или черная дыра, окруженная расширяющейся туманностью из циркулирующих потоков пыли и газа.
Теперь же исследователи из Джорджии воспроизвели это все в лабораторных условиях, созданная ими “машина сверхновых” позволяет изучить физику процессов, определяющих турбулентность и другие ошеломляющие “достопримечательности” космических взрывов. Это хитрое изобретение напоминает кусок пиццы, размером 1.8 на 1.2 метра, поставленный вертикально острым концом книзу. В центре камеры такой необычной формы сделано окно, через которое ведутся наблюдение. Полость этой камеры заполняется различными газами, более тяжелые из них оседают на дно полости, более легкие – поднимаются выше, что позволяет смоделировать многослойную структуру звезд.
Для того, чтобы взорвать такую сверхновую используется заряд взрывчатого вещества RDX (Research Department Explosive) и PETN (pentaerythritol tetranitrate). Созданный этим веществом микровзрыв вызывает ударные волны, распространяющиеся по объему камеры и заставляющие смешиваться слои находящихся в камере газов.
Все это освещается короткими импульсами лазерного света, позволяющими заснять все происходящее на высокоскоростную камеру. И, как утверждают ученые, все происходящее внутри камеры, максимально подобно повторяет все происходящее во время взрывов сверхновых, конечно с поправками на значение земной гравитации, температуры окружающей среды, радиации и ряда других параметров, которые были учтены в виде корректировочных коэффициентов.
Естественно, такая модель имеет один огромный недостаток, из-за формы установки она позволяет получить условно двухмерные “срезы” более сложных процессов, происходящих в трехмерном пространстве. Но и такой ограниченный эксперимент уже позволил ученым вникнуть глубже в динамику процессов взрывов сверхновых, рассчитать скорости потоков газа в образующихся туманностях и более точно определить “место зарождения” каждого из потоков.
А в ближайшем будущем ученые хотят попробовать заставить работать эту установку в противоположную сторону, что позволит им изучить обратные процессы, которые могут быть использованы при разработке реакторов термоядерного синтеза.