Giliai svetimų pasaulių širdyje kristalai susidaro iki 40 milijonų kartų intensyvesnio slėgio nei atmosferos slėgis Žemėje ir net 10 kartų intensyvesni nei slėgis mūsų planetos šerdyje. Geresnis jų supratimas galėtų padėti mums ieškoti gyvenimo kitur mūsų galaktikoje.
Šiuo metu mokslininkai beveik nieko nežino apie šiuos paslaptingus kristalus. Jie nežino, kaip ir kada susiformuoja, kaip jie atrodo ar kaip elgiasi. Bet atsakymai į tuos klausimus gali turėti milžinišką poveikį tų pasaulių paviršiams - ar jie būtų padengti tekančia magma ar ledu, ar bombarduojami žvaigždžių-šeimininkų spinduliuotės. Atsakymas, savo ruožtu, gali paveikti šių planetų gyvybės pavojų.
Šių egzoplanetų interjerai mums yra paslaptingi, nes mūsų Saulės sistemoje planetos paprastai būna mažos ir akmenuotos, kaip Žemė ir Marsas, arba didelės ir dujinės, tokios kaip Saturnas ir Jupiteris. Tačiau pastaraisiais metais astronomai nustatė, kad vadinamosios „superžemės“ - milžiniškos uolėtosios planetos - ir „mini-Neptūnai“ - mažesnės dujų planetos, nei yra mūsų saulės sistemoje - yra labiau paplitusios likusioje mūsų galaktikoje.
Kadangi šios planetos gali būti vertinamos tik kaip silpni mirgėjimai, kylančios iš jų žvaigždžių šeimininko, daug apie jas išlieka paslaptinga. Ar jie superdensuoti, ar superiniai? Iš ko pagaminti jų paviršiai? Ar jie turi magnetinius laukus? Pasirodo, atsakymai į tuos klausimus labai priklauso nuo to, kaip elgiasi jų ultraprocesorinėse šerdyse esanti uola ir geležis.
Dabartinio mokslo ribos
Šiuo metu mūsų supratimas apie egzoplanetas daugiausia grindžiamas mūsų žinomų apie savo saulės sistemos planetų padidinimu ar sumažinimu “, - sakė Toronto universiteto Kanadoje planetų mokslininkė Diana Valencia, kuri kvietė į kovo mėnesį vykusį amerikiečių susitikimą. Fizikos draugija (APS) mineralų fizikams tirti šias egzotiškas egzoplanetines medžiagas.
Didesnio masto metodo problema yra ta, kad jūs iš tikrųjų negalite suprasti, kaip geležis 10 kartų padidins žemės šerdies slėgį, tik padaugindama, sakė ji. Esant tokiam didžiuliam slėgiui, cheminių medžiagų savybės iš esmės keičiasi.
„Mes tikimės, kad superžemėje rasime kristalų, kurių nėra nei Žemėje, nei kur kitur gamtoje“, - sakė Los Andželo Kalifornijos universiteto teorinis mineralų fizikas Larsas Stixrude'as. pagrindinis teorinis darbas šių ekstremalių medžiagų savybėms apskaičiuoti. "Tai būtų unikalios atomų struktūros, egzistuojančios tik esant labai aukštam slėgiui."
Pasak „Live Science“, šie skirtingi susitarimai vyksta, nes milžiniškas slėgis iš esmės keičia tai, kaip atomai jungiasi. Žemės paviršiuje ir net giliai mūsų planetos viduje, atomai jungiasi, naudodami tik elektronus savo išoriniame apvalkale. Bet esant superžeminiam slėgiui, arčiau atominio branduolio esantys elektronai įsitraukia ir visiškai keičia medžiagų formas ir savybes.
Ir tos cheminės savybės gali paveikti ištisų planetų elgesį. Pavyzdžiui, mokslininkai žino, kad superžemės sulaiko daug šilumos. Bet jie nežino, kiek - ir atsakymas į šį klausimą daro didelę įtaką tų planetų ugnikalniams ir plokštelektonikai. Esant vidiniam žemės slėgiui, lengvesni elementai susimaišo su geležies šerdimi, paveikdami planetos magnetinį lauką - bet to gali neatsitikti esant didesniam slėgiui. Net fizinis superžemių dydis priklauso nuo junginių kristalų struktūros jų branduoliuose.
Tačiau be šio tipo planetų, norėdami išsiaiškinti, ar mūsų Saulės sistema yra artima, sakė Valensija, mokslininkai turi kreiptis į pagrindinius fizinius skaičiavimus ir eksperimentus, kad atsakytų į tokius klausimus. Tačiau šie skaičiavimai dažnai atveria neterminuotus atsakymus, sakė Stixrude. Kalbant apie eksperimentus?
„Tas slėgis ir temperatūra viršija daugelio šiandien naudojamų technologijų ir eksperimentų galimybes“, - sakė jis.
Super žemės sukūrimas įprastoje Žemėje
Žemėje atliekant pačius ekstremaliausius slėgio eksperimentus reikia susmulkinti mažus pavyzdžius tarp dviejų pramoninių deimantų aštrių taškų.
Tačiau šie deimantai linkę suskaidyti dar ilgai, kol nepasiekė superžemės slėgio, sakė Stixrude'as. Siekdami išvengti deimantų trūkumų, fizikai kreipiasi į dinaminio suspaudimo eksperimentus, kuriuos atlieka mineralų fizikas Tomas Duffy ir jo komanda Prinstono universitete.
Šie eksperimentai sukuria daugiau į Žemę panašaus slėgio, tačiau tik sekundės dalims.
„Idėja yra ta, kad jūs apšvitinate mėginį labai galingu lazeriu, greitai kaitinate to mėginio paviršių ir išpūstate plazmą“, - „Live Science“ pasakojo Duffy, pirmininkavęs APS sesijai, kurioje kalbėjo Valensija.
Staiga įkaitę mėginio gabalėliai nupūsta nuo paviršiaus ir sukuria slėgio bangą, kuri juda per pavyzdį.
„Tai tikrai panašus į raketų laivo efektą“, - teigė Duffy.
Dalyvaujantys mėginiai yra nedideli - beveik plokšti ir beveik milimetro kvadratinio ploto, sakė jis. Ir visa tai trunka nanosekundžių. Kai slėgio banga pasiekia mėginio užpakalinę dalį, visa tai suyra. Tačiau kruopščiai stebėdamas tuos trumpus impulsus, Duffy ir jo kolegos išsiaiškino geležies ir kitų molekulių tankį ir net chemines struktūras, prieš tai negirdint slėgiui.
Vis dar yra daug neatsakytų klausimų, tačiau žinių lygis šioje srityje greitai keičiasi, sakė Valensija. Pavyzdžiui, pirmasis veikalas apie superžemių struktūrą (kurį Valensija paskelbė 2007 m. Vasario mėn. „Astrophysical Journal“ kaip Harvardo magistrantas) yra pasenęs, nes fizikai įgijo naujos informacijos apie chemines medžiagas mūsų pačių planetos viduje.
Atsakyti į šiuos klausimus yra svarbu, sakė Duffy, nes jie gali mums pasakyti, ar tolimi ateivių pasauliai turi tokias savybes kaip plokštelinis tektonika, tekanti magma ir magnetiniai laukai - taigi, ar jie galėtų palaikyti gyvybę.
