Compreender a explosão termonuclear das supernovas Tipo Ia - explosões estelares poderosas e luminosas - só é possível por meio de modelos teóricos, que anteriormente não eram capazes de dar conta do mecanismo que detonou a explosão.

Uma das peças-chave desta explosão, presente virtualmente em todos os modelos, é a formação de uma onda de reação supersônica chamada detonação, que pode viajar mais rápido do que a velocidade do som e é capaz de queimar todo o material de uma estrela antes de se dispersar no vácuo do espaço.

Mas, a física dos mecanismos que criam a detonação em uma estrela é elusiva.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Connecticut, Texas A&M University, University of Central Florida, Laboratório de Pesquisa Naval, e o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea desenvolveu uma teoria que lança luz sobre o processo enigmático de formação de detonação no centro desses notáveis ​​eventos astronômicos.

A pesquisa, publicado em 1º de novembro em Ciência , oferece uma compreensão crítica deste processo físico em estrelas e também em sistemas químicos na Terra. Foi liderado por Alexei Poludnenko, UConn School of Engineering e Texas A&M University; em colaboração com Jessica Chambers e Kareem Ahmed, a Universidade da Flórida Central; Vadim Gamezo, o Laboratório de Pesquisa Naval; e Brian Taylor, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea.

Pela primeira vez, pesquisadores foram capazes de demonstrar o processo de formação de detonação de uma chama subsônica lenta usando experimentos e simulações numéricas realizadas em alguns dos maiores supercomputadores do país. Eles também aplicaram com sucesso os resultados para prever as condições de formação da detonação em um dos cenários teóricos clássicos de explosão de supernova Tipo Ia.

Explosões de supernovas do tipo Ia acontecem quando o carbono e o oxigênio são compactados a uma densidade de cerca de 1, 000 toneladas por centímetro cúbico no núcleo estelar queimam rapidamente, reações termonucleares. A explosão resultante interrompe uma estrela em questão de segundos e ejeta a maior parte de sua massa enquanto emite uma quantidade de energia igual à energia emitida pela estrela durante toda a sua vida.

Tipicamente, a fim de formar uma detonação, a queima deve ocorrer em um ambiente confinado com paredes, obstáculos, ou limites, que pode confinar as ondas de pressão sendo liberadas pela queima.

Conforme a pressão aumenta, ondas de choque se formam, que podem crescer em força até o ponto em que podem comprimir a mistura reativa, inflamando-a e produzindo uma frente supersônica autossustentável. Estrelas não têm paredes ou obstáculos, o que torna enigmática a formação de uma detonação.

Neste estudo, a equipe desenvolveu uma teoria unificada de deflagração para detonação induzida por turbulência que descreve o mecanismo e as condições para iniciar a detonação em explosões químicas não confinadas e termonucleares.

De acordo com a teoria, se tomar uma mistura reativa, que queima e libera energia, e o agita para criar turbulência intensa, uma instabilidade catastrófica pode resultar e aumentaria rapidamente a pressão no sistema, produzindo fortes choques e iniciando uma detonação. Notavelmente, essa teoria prevê as condições para a formação de detonação nas supernovas do Tipo Ia.

Os pesquisadores conseguiram compreender os aspectos fundamentais dos processos físicos que controlam as explosões de supernovas, porque as ondas de combustão termonuclear são semelhantes às ondas de combustão química na Terra, pois são controladas pelos mesmos mecanismos físicos.

Por causa das semelhanças, os resultados podem ser aplicados a vários sistemas de combustão terrestre nos quais podem se formar detonações, como o contexto de acidentes industriais envolvendo explosões gasosas, bem como novas aplicações de propulsão e conversão de energia, como motores baseados em detonação.