Tutkimuksessa kuvataan uuden sukupolven suuritehoisia laserkokeita, jotka tarjoavat raudan ensimmäisen absoluuttisen yhtälön äärimmäisissä paine- ja tiheysolosuhteissa.
Ryhmä tutkijoita Livermoren kansallisesta laboratoriosta. Lawrence (LLNL), Princetonin yliopisto, Johns Hopkinsin yliopisto ja Rochesterin yliopisto (Yhdysvallat) määrittivät ensimmäistä kertaa kokeellisesti hypoteettisen metalliplaneetan massasäteen riippuvuuden supermaapallon ytimen ominaisuuksista. Tutkijoiden työ esitellään Nature Astronomy -lehdessä.
”Suuren määrän planeettojen löytäminen aurinkokunnan ulkopuolella oli yksi tämän sukupolven mielenkiintoisimmista tieteellisistä löytöistä. Nämä tutkimukset herättävät perustavanlaatuisia kysymyksiä. Mitkä ovat erityyppiset ekstrasolaariset planeetat ja miten ne muodostuvat ja kehittyvät? Mikä näistä esineistä voi ylläpitää hyväksyttäviä elinolosuhteita pinnalla? Näiden kysymysten käsittelemiseksi sinun on ymmärrettävä näiden esineiden koostumus ja sisäinen rakenne, kertoo LLNL: n fyysikko Ray Smith ja tutkimuksen pääkirjailija.
Tuloksia voidaan käyttää arvioimaan suurten kivisten eksoplaneettojen koostumus, muodostaen perustan tulevaisuuden planeettasyvyyksien malleille, joita puolestaan voidaan käyttää tulkitsemaan tarkemmin Kepler-avaruusoperaation havaintotietoja ja auttamaan asettavien planeettojen määrittämisessä.
Tiedetään, että yli 4000 eksoplaneetasta ja tämän roolin ehdokkaasta yleisimmät ovat ne, jotka ylittävät Maan säteen 1-4 kertaa. Sellaisia ekstrasolaareja maailmoja ei ole edustettuna järjestelmässämme. Tämä osoittaa, että planeettoja muodostuu laajemmassa fysikaalisessa tilassa kuin aiemmin ajateltiin. Super-Maapallon sisäisen rakenteen ja koostumuksen määrittäminen on haastavaa, mutta kriittistä ymmärtääksesi planeettamme planeettajärjestelmien monimuotoisuutta ja kehitystä.
Koska eksoplaneetan ytimen paine viisinkertaisesti maan massaan voi nousta kahteen miljoonaan ilmakehään, eksoplaneetan koostumuksen ja sen sisäisen rakenteen rajoittamisen perusedellytys on määrittää tarkasti materiaalin ominaisuudet äärimmäisessä paineessa. Rauta on hallitseva osa maapallon planeettojen planeettaytimiä. Yksityiskohtaisesta ymmärtämisestä raudan ominaisuuksista super-maan olosuhteissa tuli suuri haaste Ray Smithin ryhmän tutkimuksessa.
Tutkijat ovat kuvanneet uuden sukupolven voimakkaita laserkokeita, jotka tarjoavat ensimmäisen absoluuttisen tilan yhtälön raudasta äärimmäisen paineen ja tiheyden alla supermaapallon ytimessä. Menetelmä soveltuu aineiden puristamiseen mahdollisimman vähän kuumentamalla paineeseen 1 terapascal (1 TPa = 10 miljoonaa ilmakehää).
Maapallon ytimen virkistäminen NIF-kamerassa taiteilijan näkemyksen mukaan. Luotto: Mark Meamber (NIF).
Mainosvideo:
Kokeet suoritettiin LLNL: n kansallisessa sytytyskompleksissa (NIF). NIF, maailman suurin ja tehokkain laser, voi toimittaa jopa 2 megajoulea laserenergiaa 30 nanosekunnissa ja tarjota tarvittavan laservoiman ja materiaalien puristuksen hallintaan TPa-paineisiin. Ryhmän kokeet saavuttivat huipunpaineen 1,4 TPa, joka on neljä kertaa paine aiempiin staattisiin tuloksiin, jotka kuvasivat superolosuhteiden perusolosuhteet 3-4 kertaa maan massaan nähden.
”Sisäisten planeettalaitteiden mallit, jotka perustuvat komposiitimateriaalien kuvaukseen äärimmäisissä paineissa, ekstrapoloivat tyypillisesti matalapaineista tietoa ja luovat laajan valikoiman mahdollisia materiaalitiloja. Kokeelliset tiedot tarjoavat vankan perustan supermaapallon ja hypoteettisen metalliplaneetan ominaisuuksien määrittämiselle. Lisäksi tutkimus osoittaa kyvyn määrittää planeettaydinmateriaalien tilayhtälöt ja muut keskeiset termodynaamiset ominaisuudet paineissa, jotka ovat selvästi tavanomaisten staattisten menetelmien yläpuolella. Tällainen tieto on kriittisen tärkeää ymmärryksen saamiseksi suurten kivisten eksoplaneettojen rakenteesta ja niiden kehityksestä”, Ray Smith sanoo.
Tulevat NIF-kokeet laajentavat materiaalien tutkimusta useissa TPa-paineissa yhdistämällä nanosekunnin röntgendiffraktiotekniikoita kiderakenteen kehityksen määrittämiseksi paineen funktiona.
Arina Vasilieva