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17/12/2010 - DJ:

Recrean una supernova en una jarra

T.E.L: 3 min. 6 seg.


Una reacción química autocatalítica podría replicar la física de los eventos de supernova Tipo IA, de acuerdo a un experimento y una simulación.
Supernova en una jarra


Una supernova es un evento que ocurre en algunas estrellas al final de sus vidas. Algunos de estos eventos se producen en enanas blancas.

Un equipo de físicos imitó este tipo de explosiones de supernova en miniatura.
"Hemos creado una versión menor de este proceso al disparar una reacción química especial en un contendor cerrado que genera plumas similares y anillos de vórtice", señaló Stephen Morris, profesor de física de la Universidad de Toronto.

Esquema
Esquema del aparato. La solución reactiva está contenida en uno de dos cilindros diferentes usados por los experimentadores. Estos cilindros tienen una longitud de 32 y 40,6 cm, y ambos tienen diámetros internos de 8,9 cm. El tubo capilar tiene un diámetro interno de 2.7 mm.


Las reacciones químicas autocatalíticas liberan calor y cambian la composición de la solución, lo que puede crear fuerzas de flotabilidad que revuelven el líquido, lo que lleva a una mayor reacción. "Una supernova es un ejemplo dramático de este tipo de explosión auto-suficiente en la que la gravedad y la flotabilidad son importantes efectos. Queríamos ver cómo luciría el movimiento del líquido en una reacción de este tipo", comentó Michael Rogers, líder del experimento.

"Es extremadamente difícil observar el interior de una verdadera estrella en explosión a años luz de distancia, por lo que este experimento es una ventana importante a los complejos movimientos de fluido que acompañan a esos eventos", explicó Morris.

En su reciente publicación, los investigadores comienzan hablando de las plumas.
El término pluma (en inglés, plume) se usa para describir la presencia de una masa distinguida y localizada en el seno de un fluido (gas o líquido), de densidad inferior a la de su entorno. Por tanto, una pluma tiende a ascender.
Estas plumas pueden ser estables o no y suelen formarse anillos de vórtice que en algún momento pueden desprenderse (Pinch-off).
Estos anillos de vórtice pueden ser creados por la separación de la "cabeza" de las plumas en una reacción química autocatalítica. En un contenedor una reacción de este tipo crea una especie de pluma reactiva que pueden ser interpretadas como las "burbujas" que generan las supernovas Tipo IA, con la diferencia que se pueden estudiar en el laboratorio.

El trabajo describe tanto una investigación experimental como una numérica del comportamiento de estas plumas autocatalíticas producidas por un frente en propagación de una reacción de yodato-ácido arsenioso (IAA).
Se trata de inyectar una cantidad de ácido a glicerol para disparar una reacción auto-sustentable.
A diferencia de los anillos de humo producidos por un cigarrillo, que se hace más lento al subir y mezclarse con el aire frío, los anilos de IAA se hacen más rápidos y difíciles de estudiar. Por lo cual se incrementó la viscosidad al agregar un agente, el glicerol, que enlentezca el proceso lo suficiente.
El anillo vórtice tardó entre 4 y 10 minutos en formarse y en subir 40 centímetros. Esto podría ser similar a los vórtices formados en una enana blanca al comenzar su explosión, haciéndose más grande y poderosa con el tiempo.

Pero no es lo mismo. "Ante todo, no hay nada 'nuclear' en nuestra reacción", señaló Morris. Sin embargo, el fenómeno puede considerarse análogo.


Fig.2 La morfología de una pluma química autocatalítica en a) agua y en concentraciones de glycerol de b)20%, c) 30%, d) 40% y e)50%. Todas las imágenes de las plumas están a unos 20 cmts. Le llevó a las plumas a) 255 s, b)555 s, c)425 s, d)449 s y e) 681 s, ascender a esta altura.


Entre las conclusiones que los investigadores sacan tanto del experimento como de la simulación numérica realizada al respecto, señalan que en las soluciones más viscosas, la separación (pinch-off) de las plumas fue raramente observada, mientras que en las soluciones menos viscosas no se observó. Pero en las concentraciones de rango medio ese pinch-off ocurrió múltiples veces a partir de un solo evento inicial.
La morfología de las cabezas de las plumas fue cuantificada en términos de su radio de curvatura y su ratio diámetro/altura. Encuentran que esa tasa evolucionó con el tiempo de forma muy diferente a plumas no reactivas.

Video: Chemical reaction driven plume: a "supernova" in a jar

http://www.youtube.com/watch?v=fLOChJdAteA


Nota escrita para el XIV Carnaval de la física, en esta edición hospedado por Las historias Eulerianas. Para unirse y leer las entradas existe una red social en Ning.


Fuentes y links relacionados



Sobre las imágenes

  • Las imágenes pertenecen a Michael Rogers et al.


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