Nós estudamos estrelas explodindo em nossa busca para tornar a energia de fusão confiável uma realidade, mas as chances são de que pensamos sobre as supernovas de maneira errada.

Uma nova pesquisa liderada pela Universidade de Michigan mostra que o calor desempenha um papel significativo na forma como os materiais se misturam durante as reações de fusão - um fator que tem, até este ponto, foi deixado de fora da discussão. É uma descoberta que deve ajudar a focar estudos futuros sobre como funcionam as supernovas e o que podemos aprender com elas.

Poder da fusão, energia mais limpa e eficiente do que a que atualmente derivamos da fissão, é o objetivo. As reações de fusão nuclear estão constantemente ocorrendo nos núcleos das estrelas, tornando-os um objeto de pesquisa natural para cientistas que tentam recriá-los para a produção de energia na Terra.

É impossível dar uma espiada dentro dessas estrelas distantes, então os cientistas dão uma olhada nas próximas melhores coisas:supernovas e reações de fusão em pequena escala criadas no laboratório. E um componente-chave das reações de fusão que estudam é a mistura de Rayleigh-Taylor, que ocorre durante ambos.

Quando ocorre uma supernova, lança a matéria para fora, misturar diferentes plasmas com vários elementos que incluem ferro, carbono hélio e hidrogênio. Instabilidade de Rayleigh-Taylor, a dinâmica de misturar gases líquidos ou plasmas com densidades diferentes, leva à criação de remanescentes de supernovas.

Os cientistas da U-M acreditam que nossos métodos de modelagem da mistura que ocorre nas supernovas têm sido historicamente incompletos. Os fluxos de energia que causam aquecimento têm um impacto significativo na mistura que ocorre. No entanto, o calor não é uma consideração na modelagem astrofísica de Rayleigh-Taylor.

"Rayleigh-Taylor foi estudado por mais de 100 anos, "disse Carolyn Kuranz, diretor do Centro de Pesquisa Astrofísica Experimental de Laser da U-M e cientista pesquisador associado de ciências climáticas e espaciais e engenharia. "Mas os efeitos desses fluxos de alta energia, esses mecanismos que causam aquecimento, nunca foram estudados. "

Os pesquisadores descobriram que o aumento dos fluxos de energia e seu aquecimento resultante reduzem a quantidade de mistura que ocorre - diminuindo a instabilidade de Rayleigh-Taylor. Além de Kuranz, a equipe científica inclui os físicos Hye-Sook Park e Channing Huntington do Lawrence Livermore Laboratory.

"Esses mecanismos de aquecimento reduzem a mistura e podem ter um efeito dramático na evolução de uma supernova, "Disse Kuranz." Em nosso experimento, descobrimos que a mistura foi reduzida em 30 por cento e que a redução pode continuar a aumentar com o tempo. "

Para observar o impacto do calor durante a fusão, pesquisadores se voltaram para o maior laser do mundo em Livermore, Califórnia. Inaugurado em 2009, a National Ignition Facility usa calor e lasers para criar uma reação de fusão - criando condições semelhantes às vistas em um remanescente de supernova.

"Acredita-se que Rayleigh-Taylor ocorra em todas as supernovas do Tipo II e há evidências de que essas estrelas estão virando-se 'do avesso' quando explodem, "Kuranz disse." Esses experimentos nos ajudam a aprender o que está acontecendo lá dentro. "

A instalação de ignição permitiu que os pesquisadores considerassem o efeito do calor pela primeira vez.

As observações dessas reações de fusão nuclear controladas têm amplas aplicações para a tecnologia nuclear. Em particular, eles oferecem um roteiro para maximizar a eficiência da produção de energia.

"Agora mesmo, todas as nossas usinas nucleares são usinas de fissão, "Disse Kuranz." Mas a fusão tende a ser mais eficiente e produzir menos lixo nuclear. Em vez de usar plutônio ou urânio, como com a fissão, fusão pode ser gerada usando elementos mais leves, como isótopos de hidrogênio. Portanto, temos uma fonte quase ilimitada de combustível na Terra. "

Um estudo sobre a pesquisa, "Como fluxos de alta energia podem afetar o crescimento da instabilidade de Rayleigh-Taylor em remanescentes de supernovas jovens, "é publicado em Nature Communications . A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Energia.