Il y a environ 14 milliards d'années, toute la matière de l'univers a éclaté spontanément à partir d'un seul point, infiniment petit et infiniment dense. Il est sûr de dire que cet événement, le Big Bang, a été la plus grande explosion de l'histoire de l'univers. Maintenant, les scientifiques examinent certaines des plus petites explosions de l'univers - de minuscules explosions chimiques dans un tube de 2 pouces de large (5 centimètres) - pour essayer d'expliquer comment cette explosion primordiale a pu se produire.
Selon les auteurs de la nouvelle étude, publiée jeudi 31 octobre dans la revue Science, chaque explosion dans le cosmos - qu'il s'agisse d'une supernova en étoile ou de la dernière goutte d'essence brûlant dans le moteur de votre voiture - suit un ensemble similaire de règles.
Cependant, ces règles sont particulièrement difficiles à identifier pour les explosions non confinées (celles qui se produisent à l'air libre, sans murs ni barrières les enfermant), car ces explosions peuvent se transformer d'une pépite de flamme en une boule de feu chaotique sans apparemment aucune provocation . Maintenant, après avoir étudié une série d'explosions chimiques contrôlées dans leur laboratoire, les auteurs de l'étude ont déclaré avoir découvert un "mécanisme unifié" d'explosions non confinées qui relie les plus petites et les plus grandes explosions de l'univers.
L'équipe a découvert que la clé est la turbulence; avec suffisamment de turbulence faisant bouillir une flamme, de grandes quantités de pression peuvent s'accumuler, jusqu'à ce que la flamme libère une onde de choc qui déclenche une explosion. Cette découverte pourrait être un outil essentiel pour comprendre exactement comment les supernovas se produisent et pourrait même donner aux scientifiques un indice sur la façon dont le Big Bang a évolué spontanément d'un nœud de matière vers l'univers tel que nous le connaissons, ont déclaré les chercheurs.
"Nous avons défini les critères critiques permettant à une flamme de générer elle-même ses propres turbulences, d'accélérer spontanément", puis d'exploser, a expliqué le co-auteur de l'étude, Kareem Ahmed, professeur adjoint à l'Université de Floride centrale, dans un communiqué. "Quand nous avons commencé à creuser plus profondément, nous avons réalisé que cela était lié à quelque chose d'aussi profond que l'origine de l'univers."
Les explosions peuvent libérer de l'énergie de deux manières: par déflagration, lorsqu'une flamme libère des ondes de pression qui se déplacent plus lentement que la vitesse du son (pensez à une bougie vacillante libérant de la chaleur), ou détonation, lorsque les vagues se déplacent vers l'extérieur à des vitesses supersoniques (pensez à un bâton de TNT exploser). Dans de nombreux cas, la déflagration peut conduire à une détonation, et cette transition (connue sous le nom de transition déflagration-à-détonation, ou DDT) est essentielle pour expliquer comment les supernovas explosent, ont écrit les auteurs de l'étude.
Des simulations dans des études antérieures ont montré que les flammes en cours de déflagration peuvent s'accélérer spontanément si elles sont exposées à de nombreuses turbulences. Cette accélération produit de fortes ondes de choc qui rendent la flamme de plus en plus instable, ce qui peut finalement transformer l'événement en une détonation violente.
Ce processus pourrait expliquer comment les naines blanches (les cadavres compacts d'étoiles jadis puissantes) peuvent couver dans l'espace pendant des millions d'années avant d'éruber spontanément en explosions de supernova. Cependant, l'explication DDT de l'explosion de supernova n'a été validée que dans des simulations et n'a jamais été testée expérimentalement. (Les supernovas sont notoirement difficiles à créer sur Terre sans encourir des frais médicaux et d'entretien importants.) Ainsi, dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont testé le processus à travers une série de minuscules explosions chimiques, qui peuvent évoluer de la même manière qu'une supernova lointaine.
L'équipe a mis le feu à leurs explosions dans un appareil spécial appelé tube à choc turbulent, un tube creux de 1,5 mètre de long et 4,5 cm de large recouvert d'un allumeur à une extrémité. L'autre extrémité du tube a été laissée ouverte (permettant une explosion non confinée), et l'ensemble de l'appareil était garni de caméras et de capteurs de pression.
L'équipe a rempli le tube de diverses concentrations d'hydrogène gazeux, puis a déclenché une flamme. Alors qu'elle se dilatait et se propulsait vers l'extrémité ouverte du tube, la flamme traversa une série de minuscules grilles qui rendirent le feu de plus en plus turbulent. La pression monta devant la flamme turbulente, créant finalement des ondes de choc supersoniques et déclenchant une détonation qui monta en flèche sur la longueur du tube jusqu'à cinq fois la vitesse du son. (Aucun scientifique n'a été blessé par ces explosions contrôlées.)
Avec les résultats des expériences de flammes chimiques, les chercheurs ont créé un nouveau modèle pour simuler comment les explosions de supernova pourraient exploser dans des conditions similaires. Les scientifiques ont découvert que, étant donné la bonne densité et le bon type de matière à l'intérieur d'une étoile, l'intérieur brûlant d'une naine blanche pourrait en effet créer suffisamment d'ondes turbulentes pour déclencher une explosion spontanée, tout comme celles vues en laboratoire.
Ces résultats, s'ils sont vérifiés par d'autres recherches, feront plus que simplement élargir nos connaissances scientifiques sur les explosions stellaires; ils pourraient également améliorer notre compréhension des explosions (considérablement plus petites) qui propulsent nos voitures, avions et vaisseaux spatiaux ici sur Terre, ont déclaré les chercheurs. Gardez vos oreilles ouvertes pour la plus grosse frange à venir.
