Bilim insanları süper Dünya’nın oluşumundaki ilk yapı taşını keşfetti

Yeni bir çalışma, gezegen oluşumunda önemli bir mineral olan magnezyum oksitin, ekstrem koşullar altındaki davranışının gezegen evrimini büyük ölçüde etkilediğini ortaya koyarak, “süper Dünya” ötegezegenlerinin geliştirilmesinde katılaşan ilk mineral olabileceğini ortaya koyuyor.

Bilim insanları, magnezyum oksit atomlarının aşırı ekstrem koşullar altında nasıl dönüştüğünü ve eridiğini ilk kez gözlemleyerek, Dünya’nın mantosunda bulunan ve gezegen oluşumunu etkilediği bilinen bu önemli mineral hakkında yeni bilgiler sağladı.

Metalin küçük kristallerini kayalık bir gezegenin mantosunun derinliklerinde bulunan türde bir ısı ve basınca maruz bırakan yüksek enerjili lazer deneyleri, bileşiğin magma okyanuslarından katılaşarak “süper Dünyalar” oluşturan ilk metal olabileceğini öne sürüyor. ötegezegenler.

Araştırmayı yöneten Johns Hopkins Üniversitesi’nde Dünya ve gezegen bilimleri alanında yardımcı doçent olan John Weeks, “Magnezyum oksit, ortaya çıkan bir süper Dünya’nın termodinamiğini kontrol eden en önemli katı olabilir” dedi. “Eğer çok 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 için çıkarımlar

Sonuçlar yakın zamanda yayınlandı Bilimin ilerlemesi.

Magnezyum oksidin bir formdan diğerine geçiş şeklinin, genç bir gezegenin kartopu mu yoksa erimiş bir kaya mı olacağını, su okyanusları mı yoksa bir atmosfer mi oluşturacağını veya bu özelliklerin bazı kombinasyonlarına sahip olup olmayacağını kontrol eden faktörler üzerinde önemli etkileri olabileceğine dikkat çekiyorlar. .

“Bu malzemenin mantonun büyük bir bileşeni olacağı süper Dünyalarda, dönüşümü iç kısımdaki ısının ne kadar hızlı hareket ettiğine büyük ölçüde katkıda bulunacak ve bu da iç kısmın ve Dünya’nın geri kalanının nasıl hareket ettiğini kontrol edecek.” Weeks, “Gezegen zamanla şekilleniyor ve deforme oluyor” dedi. “Bunu, bu gezegenlerin iç kısımlarının bir temsili olarak düşünebiliriz, çünkü bu, kayalık gezegenlerin en önemli yapı taşlarından biri olan deformasyonlarını kontrol eden malzeme olabilir.”

Lazer Enerji Laboratuvarı’ndaki bölmenin içindeki şokla sıkıştırılmış magnezyum oksit (MgO) lazer deneylerinin bir görünümü. Yüksek enerjili lazerler, MgO numunelerini dünyanın merkezinde bulunan basınçları aşan basınçlara sıkıştırmak için kullanılır. MgO’nun kristal yapısını araştırmak için ikincil bir X-ışını kaynağı kullanılır. En parlak alanlar nanosaniyelik zaman ölçeklerinde plazma emisyonuyla parlıyor. Kredi: Haziran Haftaları/Johns Hopkins Üniversitesi

Dünya’dan büyük ama devlerden daha küçük Neptün veya UranüsSüper Dünyalar ana hedeflerdir ötegezegen Aramaların nedeni, galaksideki diğer güneş sistemleri arasında yaygın olarak bulunmalarıdır. وقال ويكس إنه في حين أن تكوين هذه الكواكب يمكن أن يختلف من الغاز إلى الجليد أو الماء، فمن المتوقع أن تحتوي الكواكب الصخرية الفائقة على كميات كبيرة من أكسيد المغنيسيوم الذي يمكن أن يؤثر على المجال المغناطيسي للكوكب، والبراكين، وغيرها من الجيوفيزياء الرئيسية كما هو الحال Yerde. .

Wick’in ekibi, bu mineralin gezegen oluşumu sırasında dayanabileceği aşırı koşulları taklit etmek için Rochester Üniversitesi Lazer Enerji Laboratuvarı’ndaki Omega-EP lazer tesisini kullanarak küçük numuneleri çok yüksek basınçlara maruz bıraktı. Bilim adamları ayrıca X ışınlarını görüntülediler ve bu ışık ışınlarının kristallerden nasıl yansıdığını kaydederek atomların artan basınçlara tepki olarak nasıl yeniden düzenlendiğini izlediler; özellikle katıdan sıvıya dönüştükleri noktaya dikkat çektiler.

Aşırı kuvvetle basıldığında magnezyum oksit gibi malzemelerin atomları, kırma basıncını korumak için düzenlerini değiştirir. Bu nedenle mineral, basınç arttıkça sofra tuzunu andıran bir kaya tuzu “fazından” sezyum klorür adı verilen başka bir tuz gibi farklı bir oluşuma dönüşür. Weeks, bunun metalin viskozitesini ve yaşlandıkça gezegen üzerindeki etkisini etkileyebilecek bir dönüşüme yol açtığını söyledi.

Yüksek basınçlarda magnezyum oksidin stabilitesi

Ekibin sonuçları, magnezyum oksidin her iki fazda da 430 ila 500 gigaPascal basınçta ve yaklaşık 9.700 K sıcaklıkta (Güneş yüzeyinin sıcaklığının neredeyse iki katı) var olabileceğini gösteriyor. Deneyler ayrıca metalin tamamen erimeden önce dayanabileceği en yüksek basıncın 600 GPa’ya kadar olduğunu, yani en derin okyanus çukurlarında hissedilen basıncın yaklaşık 600 katı olduğunu gösteriyor.

Weeks, “Magnezyum oksit, diğer herhangi bir madde veya mineralden çok daha yüksek sıcaklıkta erir. Elmas en sert malzeme olabilir, ancak en son eriyecek olan da budur” dedi. “Küçük gezegenlerdeki aşırı malzemeler söz konusu olduğunda, büyük ihtimalle bu olacaktır. magnezyum oksit olacak.” “Katı, mantoda asılı olan her şey sıvıya dönüşecek.”

Weeks, çalışmanın aşırı basınçlar altında magnezyum oksidin stabilitesini ve basitliğini ortaya koyduğunu ve bilim adamlarının bu ve diğer minerallerin Dünya gibi kayalık dünyalardaki davranışları hakkındaki önemli soruları araştırmak için daha doğru teorik modeller geliştirmelerine yardımcı olabileceğini söyledi.

Weeks, “Bu çalışma magnezyum okside bir aşk mektubu, çünkü şaşırtıcı bir şekilde bildiğimiz en yüksek sıcaklıktaki erime noktasına (Dünya merkezinin ötesindeki basınçlarda) sahip ve hala normal tuz gibi davranıyor” dedi. “Bu rekor basınç ve sıcaklıklarda bile çok güzel, basit bir tuz.”

Referans: “Şokla Preslenmiş Magnezyum Oksitte B1’den B2’ye Geçiş”, John K. Weeks, Saransh Singh, Marius Mellot, Dane E. Fratandono, Federica Copari, Martin J. Gorman, Zhixuan Yi, J. Ryan Rigg, Anirudh Hari, John H. Eggert, Thomas S. Duffy ve Raymond F. Smith, 7 Haziran 2024, Bilimin ilerlemesi.
doi: 10.1126/sciadv.adk0306

Diğer yazarlar Saransh Singh, Marius Mellot ve Dane E. Fratandono, Federica Copari ve Martin J. Gorman ve John H. Eggert ve Raymond F. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan Smith; Johns Hopkins Üniversitesi’nden Zixuan Yi ve Anirudh Hari; Rochester Üniversitesi’nden J. Ryan Rigg; ve Thomas S. Duffy’den Princeton Üniversitesi.

Bu araştırma, DE-NA0002154 ve DE-NA0002720 sayılı Sözleşme kapsamında Ulusal Lazer Kullanıcı Tesisi Programı ve LLNL’deki Laboratuvar Yönlendirmeli Araştırma ve Geliştirme Programı (Proje No. 15-ERD-012) aracılığıyla NNSA tarafından desteklenmiştir. Bu çalışma ABD Enerji Bakanlığı’nın himayesinde, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı tarafından DE-AC52-07NA27344 Sözleşme No’lu sözleşme kapsamında gerçekleştirildi. Bu araştırma, Ulusal Lazer Kullanıcı Tesisi Programı (Sözleşme No. DE-NA0002154 ve DE-NA0002720) ve LLNL 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).