Araştırmacılar, yüksek enerjili lazer deneyleri yoluyla, magnezyum oksidin süper Dünya oluşumunda katılaşan ilk mineral olduğunu ve bu gezegenlerin jeofizik evrimini önemli ölçüde etkilediğini gösterdi.
Yeni bir çalışma, gezegen oluşumunda önemli bir mineral olan magnezyum oksidin, aşırı koşullar altındaki davranışının gezegen gelişimini önemli ölçüde etkilemesiyle “süper Dünya” dış gezegenlerinin geliştirilmesinde katılaşan ilk mineral olabileceğini ortaya koyuyor.
Bilim insanları ilk kez magnezyum oksitteki atomların ultra sert koşullar altında nasıl dönüştüğünü ve eridiğini gözlemleyerek, gezegen oluşumunu etkilediği bilinen, Dünya’nın mantosu içindeki bu önemli mineral hakkında yeni bilgiler sağladı.
Mineralin küçük kristallerini, kayalık bir gezegenin mantosunun derinliklerinde bulunan türde ısı ve basınca maruz bırakan yüksek enerjili lazer deneyleri, bileşiğin, “süper Dünya” dış gezegenlerini oluşturmak üzere magma okyanuslarından katılaşan en erken mineral olabileceğini öne sürüyor. .
Araştırmayı yöneten Johns Hopkins Üniversitesi’nde Dünya ve Gezegen Bilimleri bölümünde yardımcı doçent olan June Wicks, “Magnezyum oksit, genç süper Dünyaların termodinamiğini kontrol eden en önemli katı olabilir” dedi. “Eğer bu kadar yüksek bir erime sıcaklığına sahipse, sıcak, kayalık bir gezegen soğumaya başladığında ve iç kısmı çekirdek ve mantoya ayrıldığında kristalleşen ilk katı madde olacaktır.”
Genç Gezegenler İçin Çıkarımlar
Bulgular yeni yayınlandı Bilim Gelişmeleri.
Magnezyum oksidin bir formdan diğerine geçiş şeklinin, genç bir gezegenin kartopu mu yoksa erimiş bir kaya mı olacağını, su okyanusları veya atmosferleri mi geliştireceğini veya bu özelliklerin bir karışımına mı sahip olacağını kontrol eden faktörler üzerinde önemli etkileri olabileceğini öne sürüyorlar.
“Bu malzemenin mantonun büyük bir bileşeni olacağı karasal süper Dünyalarda, dönüşümü, iç kısımdaki ısının ne kadar hızlı hareket ettiğine önemli ölçüde katkıda bulunacak, bu da iç kısmın ve yerin geri kalanının nasıl hareket edeceğini kontrol edecek. Gezegen zamanla oluşuyor ve deforme oluyor” dedi Wicks. “Bunu bu gezegenlerin iç kısımlarının bir temsili olarak düşünebiliriz, çünkü kayalık gezegenlerin en önemli yapı taşlarından biri olan deformasyonu kontrol eden malzeme bu olacak.”
Lazer Enerjisi Laboratuvarı’ndaki oda içinde şokla sıkıştırılmış magnezyum oksidin (MgO) lazerle çalıştırılan deneylerinin görünümü. Yüksek güçlü lazer ışınları, MgO numunelerini Dünya’nın merkezinde bulunan basınçların ötesinde basınçlara sıkıştırmak için kullanılır. MgO’nun kristal yapısını araştırmak için ikincil bir X-ışını kaynağı kullanılır. Daha parlak bölgeler nanosaniyelik zaman ölçeklerinde parlayan plazma emisyonudur. Kredi bilgileri: June Wicks/Johns Hopkins Üniversitesi
Dünya’dan daha büyük ama devlerden daha küçük Neptün veya Uranüssüper Dünyalar ana hedeflerdir dış gezegen çünkü bunlar galaksideki diğer güneş sistemleri arasında yaygın olarak bulunuyorlar. Wicks, bu gezegenlerin bileşiminin gazdan buza veya suya kadar değişebilmesine rağmen kayalık süper Dünyaların, gezegenin manyetik alanını, volkanizmasını ve diğer önemli jeofiziği etkileyebilecek önemli miktarda magnezyum oksit içermesinin beklendiğini söyledi. .
Wick’in ekibi, bu mineralin gezegen oluşumu sırasında yaşayabileceği aşırı koşulları taklit etmek için Rochester Üniversitesi Lazer Enerjisi Laboratuvarı’ndaki Omega-EP lazer tesisini kullanarak küçük numuneleri ultra yüksek basınçlara maruz bıraktı. Bilim adamları ayrıca X-ışınlarını çektiler ve bu ışık ışınlarının kristallerden nasıl yansıdığını kaydederek artan basınçlara tepki olarak atomlarının nasıl yeniden düzenlendiğini izlediler; özellikle hangi noktada katıdan sıvıya dönüştüklerini kaydettiler.
Magnezyum oksit gibi malzemelerin atomları, çok sert bir şekilde sıkıştırıldığında, kırma basıncını sürdürebilmek için düzenlerini değiştirir. Bu nedenle basınç arttıkça mineral, sofra tuzuna benzeyen bir kaya tuzu “fazından” sezyum klorür adı verilen başka bir tuzunkine benzer farklı bir konfigürasyona geçer. Wicks, bunun, bir mineralin viskozitesini ve yaşlandıkça gezegen üzerindeki etkisini etkileyebilecek bir dönüşüme yol açtığını söyledi.
Yüksek Basınçlarda Magnezyum Oksit Kararlılığı
Ekibin sonuçları, magnezyum oksidin her iki fazında da 430 ila 500 gigapaskal arasında değişen basınçlarda ve yaklaşık 9.700 Kelvin sıcaklıkta, yani güneşin yüzeyinin neredeyse iki katı sıcaklıkta var olabileceğini gösteriyor. Deneyler aynı zamanda mineralin tamamen erimeden önce dayanabileceği en yüksek basıncın 600 gigapaskal’a kadar olduğunu, yani okyanusun en derin çukurlarında hissedilen basıncın yaklaşık 600 katı olduğunu gösteriyor.
“Magnezyum oksit, diğer herhangi bir malzeme veya mineralden çok daha yüksek bir sıcaklıkta erir. Elmaslar en sert malzemeler olabilir ama en son eriyecek olan da budur” dedi Wicks. “Genç gezegenlerdeki ekstrem materyaller söz konusu olduğunda, magnezyum oksit muhtemelen katı olacak, oysa mantoda asılı kalan diğer her şey sıvıya dönüşecek.”
Wicks, çalışmanın aşırı basınçlar altında magnezyum oksidin stabilitesini ve basitliğini ortaya koyduğunu ve bilim adamlarının bu ve Dünya gibi kayalık dünyalardaki diğer minerallerin davranışları hakkındaki önemli soruları araştırmak için daha doğru teorik modeller geliştirmelerine yardımcı olabileceğini söyledi.
Wicks, “Bu çalışma magnezyum okside bir aşk mektubu, çünkü onun bildiğimiz en yüksek sıcaklıkta erime noktasına (Dünya merkezinin ötesindeki basınçlarda) sahip olması ve hala normal bir tuz gibi davranması şaşırtıcı” dedi. “Bu rekor basınç ve sıcaklıklarda bile çok güzel, basit bir tuz.”
Referans: June K. Wicks, Saransh Singh, Marius Millot, Dayne E. Fratanduono, Federica Coppari, Martin G. Gorman, Zixuan Ye, J. Ryan Rygg, Anirudh Hari, Jon tarafından “Şokla sıkıştırılmış MgO’da B1-B2 geçişi” H. Eggert, Thomas S. Duffy ve Raymond F. Smith, 7 Haziran 2024, Bilim Gelişmeleri.
DOI: 10.1126/sciadv.adk0306
Diğer yazarlar Saransh Singh, Marius Millot, Dayne E. Fratanduono, Federica Coppari, Martin G. Gorman, Jon H. Eggert ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan Raymond F. Smith; Johns Hopkins Üniversitesi’nden Zixuan Ye ve Anirudh Hari; Rochester Üniversitesi’nden J. Ryan Rygg; ve Thomas S. Duffy Princeton Üniversitesi.
Bu araştırma, DE-NA0002154 ve DE-NA0002720 numaralı sözleşmeler kapsamında Ulusal Lazer Kullanıcıları Tesis Programı ve LLNL’deki Laboratuvar Yönlendirmeli Araştırma ve Geliştirme Programı (proje No. 15-ERD-012) aracılığıyla NNSA tarafından desteklenmiştir. Bu çalışma, DE-AC52-07NA27344 numaralı sözleşme kapsamında Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı tarafından ABD Enerji Bakanlığı’nın himayesinde gerçekleştirildi. Araştırma, Ulusal Lazer Kullanıcıları Tesis Programı (sözleşme No. DE-NA0002154 ve DE-NA0002720) ve LLNL’deki Laboratuvar Yönlendirmeli Araştırma ve Geliştirme Programı (proje No. 15-ERD-014, 17) aracılığıyla Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi tarafından desteklenmiştir. -ERD-014 ve 20-ERD-044).