Ученые взрывают железо с помощью лазеров для изучения ядер скалистых экзопланет

15.05.2018

Взрывая небольшой образец железа при помощи мощного лазера в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, ученые могут воспроизвести экстремальные условия давления и плотности, обнаруженные внутри ядер больших скалистых экзопланет.

Эксперименты предложили ученым уникальное понимание основных условий, обнаруженных в далеких суперземлях.

«Открытие большого количества планет вне нашей солнечной системы было одним из самых захватывающих научных открытий этого поколения», – сказал в своем пресс-релизе Рэй Смит, физик из LLNL. «Эти открытия поднимают фундаментальные вопросы».

«Каковы бывают типы экзопланет и как они формируются и развиваются?», – задаётся вопросом Смит. «Какие из этих объектов могут потенциально поддерживать приемлемые для жизни условия на своей поверхности? Для решения таких вопросов необходимо понять состав и внутреннюю структуру этих объектов».

Из более чем 4000 подтвержденных экзопланет и кандидатов на это звание, обнаруженных телескопом Кеплера и другими охотниками за планетами, наибольший процент представляют собой так называемые сверхземные, скалистые планеты с радиусом в диапазоне между одним и четырёхкратный размером Земли.v

«Определение внутренней структуры и состава этих сверхземных планет является сложной задачей, но имеет решающее значение для понимания разнообразия и эволюции планетных систем в нашей галактике», – сказал Смит.

Чем крупнее каменистая экзопланета, тем интенсивнее давление внутри его ядра. Поскольку железо является наиболее распространенным композиционным элементом внутри суперземель, ученые приступили к изучению его свойств под сильным давлением.

Ученые использовали мощные лазеры и методы сжатия рампы, чтобы воспроизвести экстремальные условия. Лазер в Национальном институте воспламенения LLNL может производить 2 мегаджоуля лазерной энергии в течение более 30 наносекунд, что достаточно для сжатия образца железа до 1,4 ТПа, при этом одна TПа равен 10 миллионам атмосфер. Это в четыре раза превышает давление, достигнутое в ходе предыдущих экспериментов, и является эквивалентом давления, обнаруженного внутри скалистой экзопланеты с трех-четырехкратной массой Земли.

На этой неделе исследователи описали эксперименты в журнале Nature Astronomy.

«Планетарные модели внутренней части экзоплпнет, основанные на описании составных материалов при экстремальных давлениях, обычно основаны на экстраполяции данных низкого давления и дают широкий спектр состояний, основанных на материалах», – сказал Смит. «Наши экспериментальные данные обеспечивают более прочную основу для установления свойств суперземель».

«Кроме того, наше исследование демонстрирует способность определять уравнения состояния и другие ключевые термодинамические свойства материалов планетарного ядра при давлениях, значительно превышающих давления обычных статических методов», – сказал он. «Такая информация имеет решающее значение для продвижения нашего понимания структуры и динамики крупных каменистых экзопланет и их эволюции».