坐落在金牛座，一个壮观的旋转宇宙气体测量六光年跨越翡翠和赤褐色阴影发光。蟹状星云诞生于一颗超新星，一颗巨星的爆炸，现在，一台双门大小的实验室机器复制了巨大的爆炸是如何描绘出这些天文漩涡形成的。
“它有6英尺高，看起来像一大块披萨，顶部大约有4英尺宽，”Ben Musci说，他在乔治亚理工学院为一项研究建造了超新星机器。
这台机器也和门一样薄，垂直放置，“披萨片”的尖端在底部。尖端的一次简单的爆炸将一股冲击波推向顶部，在机器的中间，冲击波穿过两层气体，使它们在动荡中混合成漩涡，就像超新星留下的漩涡一样。
激光照亮了这些漩涡，通过一扇窗户，
杏耀手机客户端 ，杏耀一个带近距离镜头的高速照相机捕捉到了这些美丽的景象，同时还捕捉到了厘米尺度上的数据，这些数据可以用成熟的物理数学推断出天文尺度上的数据。让机器产生对研究自然有用的结果花了两年半的工程调整。
匹配漩涡
“我们突然从一个完全静止的房间变成了一个小超新星。我们做了很多工程来控制爆炸，同时使爆炸在可视化窗口中击中气体界面的地方更真实，”这项研究的主要研究员、佐治亚理工学院乔治w伍德拉夫机械工程学院教授德维什兰詹(Devesh Ranjan)说。
“困难的部分是排除那些不属于超新星物理的东西。我花了一年的时间来处理房间里跳动的额外冲击波，或者从房间里漏进来的空气，”Musci说，他是该研究的第一作者，也是Ranjan实验室的研究生研究助理。“我还必须确保重力、背景辐射和温度不会影响物理学。”
研究人员在2020年6月17日的《天体物理学杂志》上发表了他们的研究结果。这项研究由美国能源部的聚变能源科学项目资助。Musci计划与劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作，将机器的气体模式与超新星残骸的实际数据进行比较。
超新星爆炸的特殊
并不是所有的星云都是超新星的残留物，但很多都是。它们和其他超新星残骸都是从一个大质量恒星开始的。恒星是由气体组成的球，它们是分层排列的，当一颗恒星在超新星中爆炸时，这些层就能形成美丽的旋涡。
“在外部，气体密度很低，而在内部密度很高，在恒星的非常深处，密度开始迫使气体聚集在一起，在恒星的核心形成铁，”Ranjan说。
在这之后，恒星的核燃料耗尽，所以由核聚变产生的向外的力就不再平衡向内的引力。极端的引力使恒星崩塌，”Musci说。
在恒星的中心，有一个点爆炸，这就是超新星。它发出的冲击波速度约为光速的十分之一，冲破气体，将气体层挤在一起。
内层较重的气体将湍流露头刺入外层较轻的气体中。然后在冲击波后面，压力下降，将气体拉伸，形成另一种紊流混合。
Musci说:“这是一个艰难的推，然后是一个长时间的拉或拉伸。”
爆炸模拟超新星
研究人员使用少量的商用雷管(含有RDX或研究部爆炸物，以及季戊四醇四硝酸酯)制造出简洁的微型冲击波，通过机器中较重和较轻气体的界面产生干净的波。
在自然界中，爆炸波以球体的形式向各个方向传播，而Musci在机器的爆炸波中获得了部分曲率的表示。在自然界和机器中，气体之间的界面充满了微小而不均匀的扭曲和弯曲，这被称为扰动，冲击波以扭曲的角度撞击它们。
Musci说:“这对于增加导致湍流的初始扰动很重要，因为这种不均匀性给气体层之间的界面施加了扭矩。”
螺旋和花饰接着形成超新星残骸，它们膨胀了几千年，变成更柔软更光滑的形式，用它们的辉煌震撼着我们的心。对物理学家来说，这些最初的扭曲是非常容易识别的结构，值得研究:重气体的湍流尖峰突出到轻气体中，轻气体的“气泡”被隔离在重气体的区域，以及早期湍流的典型卷曲。
“我们看到的最有趣的事情之一与超新星的神秘有关——它们发射被称为喷出物的高密度气体，这可能有助于创建新恒星。我们在设备中看到了一些气体推进，重气体被传播到轻气体中。”Musci说。
超新星残骸以每秒数百英里的速度不断膨胀，杏耀网址而这台新机器可以帮助精确计算这些速度，并帮助描述残骸形式的变化。蟹状星云的超新星是由中国天文学家在1054年记录的，但对于许多其他残骸，这台机器也可以帮助计算它们的诞生时间。
惯性约束聚变
这台机器的洞察力将反过来用于帮助核聚变能源的发展。这一过程被称为惯性约束聚变，它从外部向内均匀地施加极强的力和热量，使两种氢同位素相互叠加，密度比另一种大。
这些层被强迫在一起，直到原子核融合，释放能量。核聚变研究人员正在努力消除湍流混合。超新星的美丽之处使得核聚变效率降低。
