A tanulmány nagy teljesítményű lézerkísérletek új generációját írja le, amelyek a vas első állapotának abszolút egyenletét adják extrém nyomás és sűrűség mellett.
Kutatók egy csoportja a Livermore Nemzeti Laboratóriumból. A Lawrence (LLNL), a Princeton Egyetem, a Johns Hopkins Egyetem és a Rochesteri Egyetem (USA) először kísérletileg meghatározta a hipotetikus fém bolygó tömeg-sugara függőségét a szuper-Föld mag tulajdonságaival. A tudósok munkáját a Nature Astronomy folyóirat ismerteti.
„A Naprendszeren kívüli nagyszámú bolygó felfedezése volt e generáció egyik legizgalmasabb tudományos felfedezése. Ezek a tanulmányok alapvető kérdéseket vetnek fel. Milyen különféle típusú ekstrasoláris bolygók vannak, és hogyan alakulnak és fejlődnek? Ezek közül melyik képes fenntartani az elfogadható életkörülményeket a felületen? E kérdések megoldásához meg kell értenie ezeknek a tárgyaknak a összetételét és belső szerkezetét”- mondja Ray Smith, az LLNL fizikusa és a tanulmány vezető szerzője.
Az eredmények felhasználhatók a nagy sziklás exoplanetek összetételének becslésére, amelyek alapját képezik a bolygó mélységének jövőbeli modelljeinek, amelyek viszont felhasználhatók a Kepler űri misszióból származó megfigyelési adatok pontosabb értelmezésére és az alkalmazható bolygók meghatározásának elősegítésére.
Ismeretes, hogy több mint 4000 exoplanettán és jelöltenként erre a szerepre a leggyakoribbak azok, amelyek 1-4-szer meghaladják a Föld sugarat. Az ilyen extraszoláris világok nem képviseltetõdnek rendszerünkben. Ez azt jelzi, hogy a bolygók a korábbiakban gondolkodás szerint szélesebb fizikai körülmények között alakulnak ki. A szuper Föld belső szerkezetének és összetételének meghatározása kihívást jelent, ám elengedhetetlen a galaxisunkban levő bolygórendszerek sokféleségének és fejlődésének megértéséhez.
Mivel az exoplanet magjában a Föld tömegének ötszörösére eső nyomás eléri a kétmillió atmoszférát, az exoplanet összetételének és belső szerkezetének korlátozásának alapvető követelménye az extrém nyomás alatt álló anyag tulajdonságainak pontos meghatározása. A föld a földi bolygók bolygómagjainak domináns alkotóeleme. Ray Smith csapata kutatásában nagy kihívás lett a vas tulajdonságainak szuperföld körülmények közötti részletes megismerése.
A tudósok olyan nagy teljesítményű lézerkísérletek új generációját írták le, amelyek a szélsőséges Föld magjában extrém nyomás és sűrűségű vas állapotának abszolút egyenletét képezik. A módszer alkalmas az anyagok tömörítésére minimális melegítéssel 1 terapascal nyomásig (1 TPa = 10 millió atmoszféra).
A szuper-föld magjának újratelepítése a NIF fényképezőgépben, ahogy a művész látta. Hitel: Mark Meamber (NIF).
Promóciós videó:
A kísérleteket az LLNL Nemzeti Gyújtókomplexumban (NIF) végeztük. A NIF, a világ legnagyobb és legerősebb lézere, akár 2 megajoule lézerenergiát képes szolgáltatni 30 nanosekundum alatt, és a szükséges lézerteljesítményt, valamint az anyagtömörítés ellenőrzését a TPa nyomásig képes elérni. A csapat kísérletei 1,4 TPa csúcsnyomást értek el, az előző statikus eredmények nyomásának négyszerese volt, amely a szuperföld alapvető körülményeit írta le a Föld tömegének 3-4-szerese mellett.
„A szélsőséges nyomáson a kompozit anyagok leírásán alapuló belső bolygószerkezeti modellek általában extrapolálják az alacsony nyomású adatokat és a lehetséges anyagállapotok széles skáláját hozzák létre. Kísérleti adataink szilárd alapot nyújtanak a szuperföld és a hipotetikus fém bolygó tulajdonságainak meghatározásához. Ezenkívül a tanulmány bemutatja a bolygómag-alapanyagok állapotbeli egyenleteinek és egyéb termodinamikai tulajdonságainak egyenleteinek meghatározásának képességét a szokásos statikus módszereknél jóval nagyobb nyomáson. Ez az információ kritikus jelentőségű a nagy sziklás exoplanetatok szerkezetének és evolúciójának megértéséhez”- mondja Ray Smith.
A NIF jövőbeli kísérletei kiterjesztik az anyagok tanulmányozását több TPa nyomás alatt nanosekundumú röntgendiffrakciós technikák kombinálásával, hogy meghatározzák a kristályszerkezet fejlődését a nyomás függvényében.
Arina Vasilieva