Uuring kirjeldab uue põlvkonna suure võimsusega laserkatseid, mis annavad raua oleku esimese absoluutse võrrandi äärmusliku rõhu ja tiheduse tingimustes.
Rühm teadlasi Livermore'i riiklikust laborist. Lawrence (LLNL), Princetoni ülikool, Johns Hopkinsi ülikool ja Rochesteri ülikool (USA) määrasid esimest korda eksperimentaalselt hüpoteetilise metallplaneedi massiraadiussõltuvuse super-Maa tuuma omadustest. Teadlaste töid tutvustatakse ajakirjas Nature Astronomy.
“Suure hulga planeetide avastamine väljaspool Päikesesüsteemi oli selle põlvkonna üks põnevamaid teaduslikke avastusi. Need uuringud tõstatavad põhimõttelisi küsimusi. Millised on erinevat tüüpi ekstrasolaarsed planeedid ja kuidas need moodustuvad ja arenevad? Milline neist objektidest suudab pinnal säilitada vastuvõetavaid elutingimusi? Nende probleemidega tegelemiseks peate mõistma nende objektide koostist ja sisemist ülesehitust,”ütleb LLNLi füüsik ja uuringu juhtiv autor Ray Smith.
Tulemusi saab kasutada suurte kiviste eksoplaneetide koostise hindamiseks, moodustades aluse planeedisügavuste tulevastele mudelitele, mida saab omakorda kasutada Kepleri kosmosemissiooni vaatlusandmete täpsemaks tõlgendamiseks ja abistatavate planeetide määramiseks.
On teada, et enam kui 4000 eksoplaneedist ja selle rolli kandidaadist on kõige tavalisemad need, mis ületavad Maa raadiust 1-4 korda. Selliseid ekstrasolaarseid maailmu meie süsteemis pole esindatud. See näitab, et planeedid tekivad laiemates füüsikalistes tingimustes, kui seni arvati. Super-Maa sisemise struktuuri ja koostise määramine on keeruline, kuid meie galaktikas planetaarsüsteemide mitmekesisuse ja arengu mõistmiseks kriitiline.
Kuna rõhk eksoplaneedi tuumas, mis Maa massist on viiekordne, võib ulatuda kahe miljoni atmosfäärini, on eksoplaneedi koostise ja selle sisemise struktuuri piiramise põhinõue, et täpselt kindlaks määrata materjali omadused äärmusliku rõhu all. Raud on maapealsete planeetide planetaarsüdamike domineeriv komponent. Ray Smithi meeskonna uurimisel sai suureks väljakutseks raua omaduste põhjalik tundmine supermullas.
Teadlased on kirjeldanud uue põlvkonna võimsaid laserkatseid, mis pakuvad raua oleku esimest absoluutset võrrandit äärmusliku rõhu ja tiheduse tingimustes super-Maa tuumas. Meetod sobib aine kokkusurumiseks minimaalse kuumutamisega rõhuni 1 terapeutiline rõhk (1 TPa = 10 miljonit atmosfääri).
Super-maa tuuma taasloomine NIF-kaameras kunstniku nägemuse järgi. Autor: Mark Meamber (NIF).
Reklaamvideo:
Katsed viidi läbi LLNL Riiklikus süütekompleksis (NIF). NIF, maailma suurim ja võimsaim laser, suudab 30 nanosekundi jooksul edastada kuni 2 megadžauli laserienergiat ja tagada vajaliku laservõimsuse ning juhtida materjali tihendamist kuni TPa rõhuni. Meeskonna katsed saavutasid maksimaalse rõhu 1,4 TPa, mis on neli korda suurem kui varasemate staatiliste tulemuste rõhk, mis kirjeldas super Maa põhitingimusi, mis on 3-4 korda suuremad Maa massist.
„Sisemiste planetaarseadmete mudelid, mis põhinevad komposiitmaterjalide kirjeldamisel äärmuslikel rõhkudel, ekstrapoleerivad tavaliselt madala rõhu andmeid ja loovad suure hulga võimalikke materiaalseid olekuid. Meie eksperimentaalsed andmed annavad kindla aluse super-maa ja hüpoteetilise metallplaneedi omaduste määramiseks. Lisaks demonstreerib uuring võimet kindlaks teha planetaaride tuumamaterjalide oleku ja muude oluliste termodünaamiliste omaduste võrrandid rõhu korral, mis ületab tavapäraste staatiliste meetodite väärtusi. Selline teave on kriitilise tähtsusega, et saada aru suurte kiviste eksoplaneetide struktuurist ja nende evolutsioonist, “ütleb Ray Smith.
Tulevased NIF-i katsed laiendavad materjalide uurimist mitme TPa rõhu all, ühendades nanosekundilise röntgendifraktsiooni tehnikad, et määrata kristalli struktuuri kujunemine rõhu funktsioonina.
Arina Vasilieva
