Göktaşı Çarpışmalarından Nasıl Etkilendiklerini Daha İyi Anlamak için “Parmak İzi” Mineralleri
Araştırmacılar laboratuvarda bu aşırı etkileri taklit ettiler ve yerkabuğundaki mineralleri nasıl dönüştürdüklerine dair yeni ayrıntılar keşfettiler.
Bir uzay kayası, Dünya atmosferindeki çalkantılı geçişten sağ kurtulup yüzeye çarptığında, gezegenin kabuğundaki mineralleri sıkıştırabilen ve dönüştürebilen şok dalgaları üretir. Bu değişiklikler çarpma anında üretilen basınca bağlı olduğundan, uzmanlar çarpışma anından gök cisimlerinin kaynaklandığı koşullara kadar uzanan yol boyunca göktaşının yaşam öyküsü hakkında bilgi edinmek için Dünya’nın minerallerindeki özellikleri kullanabilirler.
Energy Department’ın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan bir bilim adamı olan Arianna Gleason, “Ortalama bir minerali bir meteoritik etkiye karışmış bir mineralle karşılaştırırsanız, şoka uğramış olanda bazı benzersiz özellikler bulacaksınız” diyor. “Dışarıda orijinal kristal formlarının bir kısmını koruyorlar, ancak içlerinde düzensiz ve lamel adı verilen birbirine kenetlenmiş güzel lineer oluşumlarla dolu hale geliyorlar.”
Yerkabuğunda en bol bulunan mineral olan plajiyoklaz, meteoritik etkilerin daha eksiksiz bir resmini çizmek için en yaygın olarak kullanılan minerallerden biridir. Bununla birlikte, bu mineralin kristal şeklini kaybettiği ve düzensiz hale geldiği basınç – ve amorfizasyon olarak adlandırılan bu sürecin nasıl gerçekleştiği – devam eden tartışmaların konusudur.
Yeni bir deneyde, SLAC araştırmacıları, şok sıkıştırması sırasında plajiyoklazın nasıl dönüştüğünü keşfetmek için laboratuvardaki meteoritik etkileri taklit ettiler. Amorfizasyonun önceden varsayıldığından çok daha düşük basınçlarda başladığını keşfettiler. Ayrıca, serbest bırakıldıktan sonra malzemenin kısmen orijinal şekline geri kristalleştiğini ve malzeme bilimi uygulamaları için potansiyel olarak kullanılabilecek bir hafıza etkisi gösterdiğini keşfettiler. Sonuçları, bugün yayınlanan Meteoritik ve Gezegen Bilimimeteorların ne kadar hızlı hareket ettikleri ve çarpışma sırasında ürettikleri basınç da dahil olmak üzere meteoritik etkiler hakkında bilgi edinmek için daha doğru modellere yol açabilir.
Araştırmayı yürüten SLAC bilim adamı Roberto Alonso-Mori, “Yeni araç ve tekniklerin geliştirilmesi, yeni bilgiler elde etmek ve neler olduğunu daha ayrıntılı olarak görmek için laboratuvarda bu etkileri yeniden yaratmamıza olanak tanıyor” diyor. “Gerçekten astronomi ve gezegen bilimini parmaklarımızın ucuna getiriyor.”
Parmak izi mineralleri
Araştırmacılar, SLAC’ın Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını lazerinde Aşırı Koşullarda Madde (MEC) cihazını kullanarak, içinden bir şok dalgası göndermek için yüksek güçlü bir optik lazerle bir plajiyoklaz örneğine çarptılar. Şok dalgası numuneden geçerken, araştırmacılar numuneye farklı zamanlarda LCLS’den ultra hızlı X-ışını lazer darbeleri ile vurdular. Bu X-ışınlarından bazıları daha sonra bir dedektöre dağıldı ve kırınım desenleri oluşturdu.
Gleason, “Her insanın kendi parmak izleri olduğu gibi, her mineralin atomik yapısı da benzersizdir” diyor. “Kırınım desenleri, bu parmak izini ortaya çıkararak, numunenin atomlarının şok dalgasının yarattığı basınca tepki olarak nasıl yeniden düzenlendiğini takip etmemizi sağlıyor.”
Araştırmacılar ayrıca kırınım modelinin farklı basınçlarda nasıl değiştiğini görmek için optik lazeri farklı enerjilere ayarlayabilirler.
Alonso-Mori, “Deneyimiz amorfizasyonu gerçekte olduğu gibi izlememize izin verdi” diyor. “Aslında düşündüğümüzden daha düşük bir basınçta başladığını keşfettik. Ayrıca başlangıç ve bitiş ‘parmak izlerinin’ çok benzer olduğunu bulduk ve bu da bize malzemede bir hafıza etkisi olduğuna dair kanıt sağladı. Bu süreçlerin farklı şok aşamaları hakkındaki düşüncelerimizi değiştiriyor ve bu etkileri anlamak için kullandığımız modelleri iyileştirmemize yardımcı olacak.”
Yıkımdan gelen güzellik
Takip eden deneylerde, araştırmacılar, çarpma sırasında ortaya çıkan enkaz hakkında bilgi toplamayı ve analiz etmeyi planlıyorlar. Bu, etkinin daha eksiksiz bir resmini elde etmelerine ve meteoritik çarpışma modellerini daha da geliştirmek için uzmanların sahada bulabilecekleri ile yan yana karşılaştırmalar yapmalarına olanak sağlayacaktır. Ayrıca diğer mineralleri keşfetmeyi ve gezegen oluşumu gibi daha büyük ölçekli süreçler hakkında fikir verebilecek daha güçlü lazerler ve daha büyük hacimlerde malzeme kullanmayı planlıyorlar.
Gleason, bu araştırmanın yalnızca Dünya’da değil, aynı zamanda diğer gezegenlerde ve dünya dışı cisimlerde bulunan minerallere de ışık tutabileceği konusunda heyecanlı olduğunu ekliyor. Bu minerallerin aşırı etkilerden nasıl etkilendiğine dair daha fazla bilgi, astrofiziksel fenomenler hakkında yeni bilgilerin kilidini açabilir.
“Lisans olarak mineraloji ve petrololoji aldığımı ve bu minerallere mikroskopla baktığımı hatırlıyorum. Aydınlatmayı değiştirirken tüm bu güzel detayları aydınlattık” diyor. “Ve şimdi, atomik düzeyde, bu karmaşık, muhteşem yapıların bazılarının nasıl oluştuğunu anlayabiliyoruz ve aslında bu aşırı, dünyayı sarsan süreçle ilişkili. Bu kadar yıkıcı bir şeyin bu kadar narin ve güzel bir şey ortaya çıkarabilmesi büyüleyici.”
Referans: Arianna E. Gleason, Sulgiye Park, Dylan R. Rittman, Alessandra Ravasio, Falko Langenhorst, Riccardo M. Bolis, Eduardo Granados, Sovanndara Hok, Thomas Kroll, Marcin Sikorski, Tsu tarafından “Şokla sıkıştırılmış plajiyoklazın ultra hızlı yapısal yanıtı” -Chien Weng, Hae Ja Lee, Bob Nagler, Thomas Sisson, Zhou Xing, Diling Zhu, Gabriele Giuli, Wendy L. Mao, Siegfried H. Glenzer, Dimosthenis Sokaras ve Roberto Alonso-Mori, 16 Şubat 2022, Meteoritik ve Gezegen Bilimi.
DOI: 10.1111/maps.13785
LCLS, bir DOE Office of Science kullanıcı tesisidir. Bu araştırma Bilim Ofisi tarafından desteklenmiştir.