Studija opisuje novu generaciju laserskih eksperimenata velike snage koji pružaju prvu apsolutnu jednadžbu stanja željeza u uvjetima ekstremnog tlaka i gustoće.
Skupina istraživača iz Livermore National Laboratoryja. Lawrence (LLNL), Sveučilište Princeton, Sveučilište Johns Hopkins i Sveučilište u Rochesteru (SAD) po prvi su puta eksperimentalno utvrdili ovisnost polumjera mase hipotetičkog metalnog planeta od svojstava jezgre super-Zemlje. Rad znanstvenika predstavljen je u časopisu Nature Astronomy.
„Otkrivanje velikog broja planeta izvan Sunčevog sustava bilo je jedno od najuzbudljivijih znanstvenih otkrića ove generacije. Ove studije postavljaju temeljna pitanja. Koje su različite vrste ekstrasolarnih planeta i kako se formiraju i razvijaju? Koji od ovih objekata može održavati prihvatljive uvjete života na površini? Da biste se pozabavili tim problemima, morate razumjeti sastav i unutarnju strukturu ovih objekata “, kaže Ray Smith, fizičar LLNL-a i vodeći autor studije.
Rezultati se mogu koristiti za procjenu sastava velikih stjenovitih egzoplaneta, čineći osnovu za buduće modele planetarnih dubina, koji se zauzvrat mogu koristiti za preciznije tumačenje podataka promatranja iz svemirske misije Kepler i za pomoć u određivanju planeta za stanovanje.
Poznato je da su od više od 4.000 egzoplaneta i kandidata za ovu ulogu najčešći oni koji premašuju Zemljin radijus za 1-4 puta. Takvi ekstrasolarni svjetovi nisu zastupljeni u našem sustavu. To ukazuje da se planeti formiraju u širem rasponu fizičkih uvjeta nego što se prethodno mislilo. Određivanje unutarnje strukture i sastava super-Zemlje je izazovno, ali presudno za razumijevanje raznolikosti i evolucije planetarnih sustava u našoj galaksiji.
Budući da tlak u jezgri egzoplaneta 5 puta većoj od mase Zemlje može doseći dva milijuna atmosfera, osnovni uvjet za ograničavanje sastava egzoplanete i njegove unutarnje strukture je točno određivanje svojstava materijala pod ekstremnim pritiskom. Željezo je dominantna sastavnica planetarnih jezgara planeta sličnih Zemlji. Detaljno razumijevanje svojstava željeza u superzemaljskim uvjetima postalo je glavni izazov u istraživanju tima Raya Smitha.
Znanstvenici su opisali novu generaciju snažnih laserskih eksperimenata koji pružaju prvu apsolutnu jednadžbu stanja željeza pod ekstremnim tlakom i gustoćom u jezgri super-Zemlje. Metoda je pogodna za komprimiranje tvari s minimalnim zagrijavanjem do tla od 1 terapaskal (1 TPa = 10 milijuna atmosfere).
Rekreacija jezgre super-zemlje u NIF kameri kako je umjetnik vidio. Zasluge: Mark Meamber (NIF).
Promotivni video:
Eksperimenti su izvedeni u Nacionalnom kompleksu za paljenje LLNL (NIF). NIF, najveći i najmoćniji laser na svijetu, može isporučiti do 2 megajule laserske energije u 30 nanosekundi i osigurati potrebnu snagu lasera i kontrolu kompresije materijala do TPa pritisaka. Pokusi tima dosegli su vrhunski tlak od 1,4 TPa, četiri puta veći od prethodnih statičkih rezultata, koji su opisivali osnovne uvjete super-Zemlje 3-4 puta veće od mase Zemlje.
„Modeli unutarnjih planetarnih uređaja temeljeni na opisu kompozitnih materijala pri ekstremnim pritiscima obično ekstrapoliraju podatke niskog tlaka i stvaraju širok raspon mogućih stanja materijala. Naši eksperimentalni podaci pružaju čvrste temelje za određivanje svojstava super-Zemlje i hipotetičkog metala planeta. Pored toga, studija pokazuje sposobnost određivanja jednadžbi stanja i drugih ključnih termodinamičkih svojstava materijala planetarne jezgre pri pritiscima koji su znatno iznad uobičajenih statičkih metoda. Takve su informacije presudne za razumijevanje strukture velikih kamenih egzoplaneta i njihove evolucije “, kaže Ray Smith.
Budući eksperimenti s NIF proširit će proučavanje materijala pod nekoliko TPa tlaka kombiniranjem tehnika nanosekundne difrakcije rendgenskih zraka za određivanje evolucije kristalne strukture kao funkcije tlaka.
Arina Vasilieva