Pētījums apraksta jaunas paaudzes lieljaudas lāzera eksperimentus, kas nodrošina pirmo absolūto dzelzs stāvokļa vienādojumu ārkārtēja spiediena un blīvuma apstākļos.
Pētnieku grupa no Livermoras Nacionālās laboratorijas. Lorenss (LLNL), Prinstonas universitāte, Džona Hopkinsa universitāte un Ročesteras universitāte (ASV) pirmo reizi eksperimentāli noteica hipotētiskas metāla planētas masas rādiusa atkarību ar super Zemes serdes īpašībām. Zinātnieku darbs ir atspoguļots žurnālā Nature Astronomy.
“Liela skaita planētu atklāšana ārpus Saules sistēmas bija viens no aizraujošākajiem šīs paaudzes zinātniskajiem atklājumiem. Šie pētījumi rada pamatjautājumus. Kādi ir ekstrasolāru planētu tipi un kā tās veidojas un attīstās? Kurš no šiem objektiem var uzturēt pieņemamus dzīves apstākļus uz virsmas? Lai risinātu šos jautājumus, jums ir jāsaprot šo objektu sastāvs un iekšējā struktūra,”saka Ray Smith, LLNL fiziķis un pētījuma galvenais autors.
Rezultātus var izmantot lielu akmeņainu eksoplanētu sastāva novērtēšanai, veidojot pamatu nākotnes planētu dziļumu modeļiem, kurus savukārt var izmantot, lai precīzāk interpretētu Keplera kosmosa misijas novērojumu datus un palīdzētu noteikt apdzīvojamās planētas.
Ir zināms, ka no vairāk nekā 4000 eksoplanetu un šīs lomas kandidātiem visbiežāk ir tie, kas Zemes rādiusu pārsniedz 1-4 reizes. Šādas ekstrasolārās pasaules mūsu sistēmā nav pārstāvētas. Tas norāda, ka planētas veidojas plašākā fizisko apstākļu diapazonā, nekā tika domāts iepriekš. Super Zemes iekšējās struktūras un sastāva noteikšana ir izaicinoša, taču kritiska, lai izprastu mūsu galaktikas planētu sistēmu daudzveidību un attīstību.
Tā kā spiediens eksoplanetes kodolā, kas ir 5 reizes lielāka par Zemes masu, var sasniegt divus miljonus atmosfēru, pamatprasība eksoplanetes sastāva un tās iekšējās struktūras ierobežošanai ir precīzi noteikt materiāla īpašības ārkārtējā spiedienā. Dzelzs ir Zemei līdzīgo planētu planētu kodolu dominējošā sastāvdaļa. Detalizēta dzelzs īpašību izpratne virszemes apstākļos kļuva par galveno izaicinājumu Ray Smith komandas pētījumos.
Zinātnieki ir aprakstījuši jaunas paaudzes jaudīgus lāzera eksperimentus, kas nodrošina pirmo absolūto stāvokļa vienādojumu dzelzs pakļaušanai ārkārtējam spiedienam un blīvumam super Zemes kodolā. Metode ir piemērota materiālu saspiešanai ar minimālu karsēšanu līdz spiedienam 1 terapascal (1 TPa = 10 miljoni atmosfēras).
Super Zemes pamatnes atjaunošana NIF kamerā, kā to redzējis mākslinieks. Kredīts: Marks Meambers (NIF).
Reklāmas video:
Eksperimenti tika veikti LLNL Nacionālajā aizdedzes kompleksā (NIF). NIF, pasaulē lielākais un jaudīgākais lāzers, var piegādāt līdz 2 megadžouliem lāzera enerģijas 30 nanosekundēs un nodrošināt nepieciešamo lāzera jaudu un materiāla saspiešanas kontroli līdz TPa spiedienam. Komandas eksperimenti sasniedza maksimālo spiedienu 1,4 TPa, kas ir četrreiz lielāks nekā iepriekšējo statisko rezultātu spiediens, kurš aprakstīja superzemes pamatnosacījumus, kas 3-4 reizes pārsniedz Zemes masu.
“Iekšējie planētu ierīču modeļi, kuru pamatā ir kompozītmateriālu apraksti pie ārkārtējiem spiedieniem, parasti ekstrapolē zema spiediena datus un rada plašu iespējamo materiālu stāvokli. Mūsu eksperimentālie dati nodrošina stabilu pamatu superzemes un hipotētiskās metāla planētas īpašību noteikšanai. Turklāt pētījums pierāda spēju noteikt planētu serdeņu materiālu stāvokļu un citu galveno termodinamisko īpašību vienādojumus pie spiediena, kas krietni pārsniedz parastās statiskās metodes. Šāda informācija ir kritiska, lai iegūtu izpratni par lielo akmeņaino eksoplanetu struktūru un to evolūciju,”saka Rejs Smits.
Turpmākie NIF eksperimenti izvērsīs materiālu izpēti ar vairākiem TPa spiedieniem, apvienojot nanosekundžu rentgenstaru difrakcijas paņēmienus, lai noteiktu kristāla struktūras evolūciju kā spiediena funkciju.
Arina Vasilieva
