Štúdia opisuje novú generáciu experimentov s vysokým výkonom lasera, ktoré poskytujú prvú absolútnu stavovú rovnicu pre železo v podmienkach extrémneho tlaku a hustoty.
Skupina vedcov z Livermore National Laboratory. Lawrence (LLNL), Princetonská univerzita, Johns Hopkins University a University of Rochester (USA) prvýkrát experimentálne určili závislosť hmotnostného polomeru hypotetickej kovovej planéty s vlastnosťami jadra super-krajiny. Práca vedcov je prezentovaná v časopise Nature Astronomy.
„Objav veľkého počtu planét mimo slnečnej sústavy bol jedným z najzaujímavejších vedeckých objavov tejto generácie. Tieto štúdie vyvolávajú základné otázky. Aké sú rôzne typy extrasolárnych planét a ako sa tvoria a vyvíjajú? Ktorý z týchto objektov dokáže udržať na povrchu prijateľné životné podmienky? Na vyriešenie týchto problémov musíte pochopiť zloženie a vnútornú štruktúru týchto objektov, “hovorí Ray Smith, fyzik v LLNL a hlavný autor štúdie.
Výsledky môžu byť použité na odhad zloženia veľkých skalných exoplanet, ktoré tvoria základ budúcich modelov planetárnych hĺbok, ktoré môžu byť následne použité na presnejšiu interpretáciu pozorovacích údajov z Keplerovej vesmírnej misie a na pomoc pri určovaní obývateľných planét.
Je známe, že z viac ako 4 000 exoplanet a kandidátov na túto úlohu sú najbežnejšie tie, ktoré prekračujú polomer Zeme 1-4 krát. Takéto mimosolárne svety nie sú v našom systéme zastúpené. To naznačuje, že planéty sa formujú v širšom rozsahu fyzikálnych podmienok, ako sa predtým myslelo. Určenie vnútornej štruktúry a zloženia super-Zeme je náročné, ale rozhodujúce pre pochopenie diverzity a vývoja planetárnych systémov v našej galaxii.
Pretože tlak v jadre exoplanety 5-násobok hmotnosti Zeme môže dosiahnuť dva milióny atmosfér, základnou požiadavkou na obmedzenie zloženia exoplanety a jej vnútornej štruktúry je presne určiť vlastnosti materiálu pri extrémnom tlaku. Železo je dominantnou súčasťou planetárnych jadier zemských planét. Podrobné pochopenie vlastností železa v podmienkach super-zeme sa stalo hlavnou výzvou pri výskume tímu Ray Smitha.
Vedci opísali novú generáciu výkonných laserových experimentov, ktoré poskytujú prvú absolútnu stavovú rovnicu pre železo pod extrémnym tlakom a hustotou v jadre super-Zeme. Táto metóda je vhodná na kompresiu hmoty s minimálnym ohrevom na tlak 1 terapascal (1 TPa = 10 miliónov atmosfér).
Rekreácia jadra super-krajiny v NIF kamere, ako ju vidí umelec. Kredit: Mark Meamber (NIF).
Propagačné video:
Pokusy sa uskutočňovali v národnom zapaľovacom komplexe LLNL (NIF). NIF, najväčší a najvýkonnejší laser na svete, dokáže dodať až 2 megajouly laserovej energie za 30 nanosekúnd a poskytnúť požadovaný výkon lasera a kontrolu kompresie materiálu až do tlaku TPa. Experimenty tímu dosiahli maximálny tlak 1,4 TPa, čo je štvornásobok tlaku v porovnaní s predchádzajúcimi statickými výsledkami, ktoré opisujú základné podmienky super-zeme 3-4-násobok hmotnosti Zeme.
„Modely vnútorných planétových zariadení založené na opise kompozitných materiálov pri extrémnych tlakoch zvyčajne extrapolujú údaje o nízkom tlaku a vytvárajú širokú škálu možných stavov materiálov. Naše experimentálne údaje poskytujú solídny základ na určovanie vlastností superzeme a hypotetickej kovovej planéty. Štúdia okrem toho demonštruje schopnosť určiť stavové rovnice a ďalšie kľúčové termodynamické vlastnosti materiálov planétového jadra pri tlakoch výrazne nad konvenčnými statickými metódami. Takéto informácie sú rozhodujúce pre pochopenie štruktúry veľkých skalných exoplanet a ich vývoja, “hovorí Ray Smith.
Budúce experimenty NIF rozšíria štúdium materiálov pod niekoľkými tlakmi TPa kombináciou nanosekundových rôntgenových difrakčných techník na určenie vývoja štruktúry kryštálov ako funkcie tlaku.
Arina Vasilieva