Nous étudions l'explosion d'étoiles dans notre quête pour faire de l'énergie de fusion fiable une réalité, mais il y a de fortes chances que nous ayons mal pensé aux supernovae.

De nouvelles recherches menées par l'Université du Michigan montrent que la chaleur joue un rôle important dans la façon dont les matériaux se mélangent lors des réactions de fusion, un facteur qui a, à ce point, été exclu de la discussion. C'est une découverte qui devrait aider à orienter les futures études sur le fonctionnement des supernovae et sur ce que nous pouvons en apprendre.

Puissance de la fusion, une énergie plus propre et plus efficace que celle que nous tirons actuellement de la fission, est le but. Des réactions de fusion nucléaire sont constamment en cours dans le cœur des étoiles, ce qui en fait un sujet de recherche naturel pour les scientifiques qui tentent de les recréer pour la production d'énergie sur Terre.

Il est impossible de jeter un coup d'œil à l'intérieur de ces étoiles lointaines, les scientifiques se penchent donc sur les meilleures choses suivantes :les supernovae et les réactions de fusion à petite échelle créées en laboratoire. Et un élément clé des réactions de fusion qu'ils étudient est le mélange Rayleigh-Taylor, qui se produit pendant les deux.

Lorsqu'une supernova se produit, il jette la matière vers l'extérieur, mélanger différents plasmas avec divers éléments qui incluent du fer, carbone hélium et hydrogène. Instabilité de Rayleigh-Taylor, la dynamique de mélange de gaz liquides ou de plasmas de densités différentes, conduit à la création de restes de supernova.

Les scientifiques de l'UM pensent que nos méthodes de modélisation du mélange qui se produit dans les supernovae ont toujours été incomplètes. Les flux d'énergie provoquant un échauffement ont un impact significatif sur le mélange qui se produit. Pourtant, la chaleur n'est pas prise en compte dans la modélisation astrophysique de Rayleigh-Taylor.

"Rayleigh-Taylor est étudié depuis plus de 100 ans, " a déclaré Carolyn Kuranz, directeur du Center for Laser Experimental Astrophysical Research de l'UM et chercheur associé en sciences et ingénierie du climat et de l'espace. "Mais les effets de ces flux de haute énergie, ces mécanismes qui provoquent l'échauffement, n'ont jamais été étudiés."

Les chercheurs ont découvert que l'augmentation des flux d'énergie et l'échauffement qui en résulte réduisent la quantité de mélange qui se produit, ce qui diminue l'instabilité de Rayleigh-Taylor. En plus de Kuranz, l'équipe scientifique comprend les physiciens Hye-Sook Park et Channing Huntington du Lawrence Livermore Laboratory.

"Ces mécanismes de chauffage réduisent le mélange et peuvent avoir un effet dramatique sur l'évolution d'une supernova, " dit Kuranz. " Dans notre expérience, nous avons constaté que le mélange a été réduit de 30 pour cent et que la réduction pourrait continuer à augmenter avec le temps."

Pour observer l'impact de la chaleur lors de la fusion, les chercheurs se sont tournés vers le plus grand laser du monde à Livermore, Californie Ouvert en 2009, le National Ignition Facility utilise de la chaleur et des lasers pour créer une réaction de fusion, créant des conditions similaires à celles observées dans un reste de supernova.

"Rayleigh-Taylor est théorisé pour se produire dans toutes les supernovae de type II et il existe des preuves que ces étoiles se retournent lorsqu'elles explosent, " a déclaré Kuranz. " Ces expériences nous aident à comprendre ce qui se passe à l'intérieur. "

L'installation d'allumage a permis aux chercheurs de prendre en compte l'effet de la chaleur pour la première fois.

Les observations de ces réactions de fusion nucléaire contrôlées ont de larges applications pour la technologie nucléaire. En particulier, ils offrent une feuille de route pour maximiser l'efficacité de la production d'énergie.

"À l'heure actuelle, toutes nos centrales nucléaires sont des centrales à fission, ", a déclaré Kuranz. "Mais la fusion a tendance à être plus efficace et à produire moins de déchets nucléaires. Au lieu d'utiliser du plutonium ou de l'uranium, comme pour la fission, la fusion peut être générée à l'aide d'éléments plus légers tels que les isotopes d'hydrogène. Nous avons donc une source de carburant presque illimitée sur Terre. »

Une étude sur la recherche, "Comment les flux d'énergie élevés peuvent affecter la croissance de l'instabilité de Rayleigh-Taylor dans les jeunes restes de supernova, " est publié dans Communication Nature . La recherche a été financée par le ministère de l'Énergie.