Bir sanatçının, manto üzerine bindirilmiş, çekirdeğe bakan NIF hedef odası ile bir süper Dünya’nın enine kesiti kavramı. Kredi: Resim John Jett/LLNL
4.500’den fazla güneş dışı gezegenin keşfi, iç yapılarını ve dinamiklerini modelleme ihtiyacı yarattı. Görünüşe göre, demir kilit bir rol oynuyor.
Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) bilim adamları ve işbirlikçileri, yüksek basınçlı erime eğrisini ve saf demirin yapısal özelliklerini deneysel olarak belirlemek için Ulusal Ateşleme Tesisinde lazerler kullandılar. çekirdek ve önceki deneylerden neredeyse dört kat daha fazla basınç. Araştırma şurada görünüyor: Bilim.
Ekip, bir süper Dünya çekirdeğinin merkezine doğru alçalan bir demir parselinin gözlemlediği koşulları taklit eden bir dizi deney gerçekleştirdi. Deneyler, açık erişimli ve tüm araştırmacıların kullanımına açık olan NIF Discovery Science programının bir parçası olarak tahsis edildi.
LLNL fizikçisi ve makalenin başyazarı Rick Kraus, “Kayalık gezegen içlerindeki saf demir zenginliği, daha büyük Dünya benzeri gezegenlerin çekirdeklerinin derinliklerindeki aşırı koşullarda demirin özelliklerini ve tepkisini anlamayı gerekli kılıyor” dedi. . “Demir erime eğrisi, iç yapıyı, termal evrimi ve ayrıca dinamo tarafından üretilen manyetosferlerin potansiyelini anlamak için kritik öneme sahiptir.”
Manyetosferin, Dünya’da olduğu gibi, yaşanabilir karasal gezegenlerin önemli bir bileşeni olduğuna inanılıyor. Dünyanın manyetodinamo’su, katı demir iç çekirdeği çevreleyen konvektif sıvı demir dış çekirdekte üretilir ve demirin katılaşması sırasında açığa çıkan gizli ısıdan güç alır.
Demirin karasal gezegenlerde öne çıkmasıyla, içlerinde neler olduğunu tahmin etmek için aşırı basınç ve sıcaklıklarda doğru ve kesin fiziksel özellikler gereklidir. Demirin birinci dereceden bir özelliği, Dünya’nın iç koşulları için hala tartışılan erime noktasıdır. Erime eğrisi, mukavemetli bir malzemeden mukavemetsiz bir malzemeye, bir malzemenin geçirebileceği en büyük reolojik geçiştir. Katının sıvıya dönüştüğü yerdir ve sıcaklık, demirin basıncına bağlıdır.
Ekip, deneyler yoluyla, süper Dünya ötegezegenleri içindeki altıgen sıkı paketlenmiş yapıya çekirdek katılaşması sırasında dinamo etkisinin uzunluğunu belirledi.
Kraus, “Dünya kütlesinin dört ila altı katı kütleye sahip karasal ötegezegenlerin, kozmik radyasyona karşı önemli bir koruma sağlayan en uzun dinamolara sahip olacağını bulduk” dedi.
Kraus şunları söyledi: “Dış gezegenlerin yaşanabilirliğini anlama konusundaki ilgimizin ötesinde, demir için geliştirdiğimiz teknik, Stok Yönetim Programı da dahil olmak üzere gelecekte programatik olarak daha uygun malzemelere uygulanacak” dedi.
Erime eğrisi, bir durum denklemi modeli üzerinde inanılmaz derecede hassas bir kısıtlamadır.
Ekip ayrıca, bu tür aşırı koşullarda katılaşma kinetiğinin hızlı olduğuna ve bir sıvıdan katıya geçişin yalnızca nanosaniye sürdüğüne ve ekibin denge fazı sınırını gözlemlemesine olanak tanıdığına dair kanıt elde etti. Kraus, “Bu deneysel anlayış, tüm malzemeler için zamana bağlı malzeme tepkisi modellememizi geliştiriyor.” Dedi.
Referans: Richard G. Kraus, Russell J. Hemley, Suzanne J. Ali, Jonathan L. Belof, Lorin X. Benedict, Joel Bernier, Dave Braun, RE Cohen tarafından “Süper Dünya çekirdek koşullarında demirin erime eğrisinin ölçülmesi” , Gilbert W. Collins, Federica Coppari, Michael P. Desjarlais, Dayne Fratanduono, Sebastien Hamel, Andy Krygier, Amy Lazicki, James Mcnaney, Marius Millot, Philip C. Myint, Matthew G. Newman, James R. Rygg, Dane M. Sterbentz, Sarah T. Stewart, Lars Stixrude, Damian C. Swift, Chris Wehrenberg ve Jon H. Eggert, 13 Ocak 2022, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abm1472
Livermore ekibinin diğer üyeleri arasında Suzanne Ali, Jon Belof, Lorin Benedict, Joel Bernier, Dave Braun, Federica Coppari, Dayne Fratanduono, Sebastien Hamel, Andy Krygier, Amy Lazicki, James McNaney, Marius Millot, Philip Myint, Dane M. Sterbentz, Damian yer alıyor. Swift, Chris Wehrenberg ve Jon Eggert. Chicago’daki Illinois Üniversitesi, Carnegie Bilim Enstitüsü, Rochester Üniversitesi, Sandia Ulusal Laboratuvarı, California Teknoloji Enstitüsü, California Davis Üniversitesi ve California Los Angeles Üniversitesi’nden araştırmacılar da çalışmaya katkıda bulundu.
Çalışma, LLNL’nin Silah Fiziği ve Tasarım Programı ve NIF’in Keşif Bilimi programı tarafından finanse edilmektedir.