Študija opisuje novo generacijo laserskih poskusov z visoko močjo, ki zagotavljajo prvo absolutno enačbo stanja železa v ekstremnih pogojih tlaka in gostote.
Skupina raziskovalcev iz nacionalnega laboratorija Livermore. Lawrence (LLNL), univerza Princeton, univerza Johns Hopkins in univerza v Rochesteru (ZDA) so prvič eksperimentalno določili odvisnost masnega polmera hipotetičnega kovinskega planeta od lastnosti super-zemeljskega jedra. Delo znanstvenikov je predstavljeno v reviji Nature Astronomy.
»Odkritje velikega števila planetov zunaj osončja je bilo eno najbolj vznemirljivih znanstvenih odkritij te generacije. Te študije postavljajo temeljna vprašanja. Katere so različne vrste ekstrasolarnih planetov in kako se oblikujejo in razvijajo? Kateri od teh predmetov lahko ohranja sprejemljive življenjske pogoje na površini? Če želite reševati ta vprašanja, morate razumeti sestavo in notranjo strukturo teh predmetov, «pravi Ray Smith, fizik na LLNL in vodilni avtor študije.
Rezultate lahko uporabimo za oceno sestave velikih skalnih eksoplanetov, ki predstavljajo osnovo za prihodnje modele planetarnih globin, ki jih je mogoče uporabiti za natančnejšo interpretacijo opazovalnih podatkov iz vesoljske misije Kepler in pomoč pri določanju bivalnih planetov.
Znano je, da je od več kot 4.000 eksoplanetov in kandidatov za to vlogo najpogostejši tisti, ki za 1–4-krat presežejo polmer Zemlje. Takšni ekstrasolarni svetovi niso predstavljeni v našem sistemu. To kaže, da se planeti oblikujejo v širšem razponu fizičnih pogojev, kot so mislili prej. Določanje notranje strukture in sestave nadzemelj je zahtevno, a ključno za razumevanje raznolikosti in razvoja planetarnih sistemov v naši galaksiji.
Ker lahko tlak v jedru eksoplaneta 5-krat večje od mase Zemlje doseže dva milijona atmosfer, je temeljna zahteva za omejevanje sestave eksoplaneta in njegove notranje strukture natančno določitev lastnosti materiala pod ekstremnim pritiskom. Železo je prevladujoča sestavina planetarnih jeder zemeljskih planetov. Podrobno razumevanje lastnosti železa v super zemeljskih razmerah je postalo glavni izziv pri raziskavah ekipe Raya Smitha.
Znanstveniki so opisali novo generacijo močnih laserskih poskusov, ki zagotavljajo prvo absolutno enačbo stanja železa pod ekstremnimi pogoji tlaka in gostote v jedru super Zemlje. Metoda je primerna za stiskanje snovi z minimalnim segrevanjem do tlaka 1 terapaskal (1 TPa = 10 milijonov atmosfer).
Rekreacija jedra super zemlje v kameri NIF, kot jo vidi umetnik. Zasluge: Mark Meamber (NIF).
Promocijski video:
Poskusi so bili izvedeni na Nacionalnem vžigalnem kompleksu LLNL (NIF). NIF, največji in najzmogljivejši laser na svetu, lahko v 30 nanosekundah odda do 2 megajule laserske energije in zagotavlja potrebno moč laserja in nadzor stiskanja materiala do tlakov TPa. Poskusi skupine so dosegli najvišji tlak 1,4 TPa, kar je štirikrat večji od tlaka prejšnjih statičnih rezultatov, ki so opisali osnovne pogoje super-zemlje, 3-4-krat večjo od mase Zemlje.
„Modeli notranjih planetarnih naprav, ki temeljijo na opisu kompozitnih materialov pri ekstremnih tlakih, običajno ekstrapolirajo podatke nizkega tlaka in ustvarijo širok razpon možnih stanj materiala. Naši eksperimentalni podatki zagotavljajo trden temelj za določanje lastnosti super-zemlje in hipotetičnega kovinskega planeta. Poleg tega študija dokazuje sposobnost določanja enačb stanja in drugih ključnih termodinamičnih lastnosti materialov planetarnih jeder pri tlakih, ki so nad običajnimi statičnimi metodami. Takšne informacije so ključne za razumevanje strukture velikih skalnih eksoplanetov in njihove evolucije, pravi Ray Smith.
Prihodnji eksperimenti z NIF bodo razširili študijo materialov pod večimi pritiski TPa, tako da bodo združili tehnike rentgenske difrakcije nanosekunde za določitev evolucije kristalne strukture kot funkcije tlaka.
Arina Vasilijeva