Kristallid, mis asuvad sügavas võõraste maailmade südames, on kuni 40 miljonit korda tugevama rõhu all kui atmosfäärirõhk Maal ja koguni 10 korda intensiivsemad kui rõhk meie planeedi tuumas. Nende parem mõistmine võiks aidata meil mujal galaktikas elu otsida.
Praegu ei tea teadlased neist salapärastest kristallidest peaaegu midagi. Nad ei tea, kuidas ja millal nad moodustuvad, milline nad välja näevad või kuidas nad käituvad. Kuid vastused nendele küsimustele võivad avaldada tohutut mõju nende maailmade pindadele - olgu need siis kaetud voolava magma või jääga või pommitatakse nende vastuvõtvate tähtede kiirgusega. Vastus võib omakorda mõjutada nende planeetide elu.
Nende eksoplaneetide interjöörid on meile salapärased, kuna meie päikesesüsteemis kipuvad planeedid olema kas väikesed ja kivised, nagu Maa ja Marss, või suured ja gaasilised, nagu Saturn ja Jupiter. Kuid viimastel aastatel on astronoomid leidnud, et niinimetatud "supermaad" - hiiglaslikud kivised planeedid - ja "mini-Neptuudid" - väiksemad gaasiplaneedid, kui meie päikesesüsteemis eksisteerivad - on ülejäänud meie galaktikas tavalisemad.
Kuna neid planeete saab nende vastuvõtvatelt tähtedelt tulevas valguses näha ainult nõrkade virvendustena, jääb nende kohta suur osa salapäraseks. Kas need on ülitihedad või ülivõimsad? Millest nende pinnad on valmistatud? Kas neil on magnetvälju? Selgub, et vastused neile küsimustele sõltub suuresti sellest, kuidas nende ülipressureeritud südamikes olev kivim ja raud käituvad.
Praeguse teaduse piirid
Praegu põhineb meie arusaam eksoplaneetidest peamiselt meie enda päikesesüsteemi planeetide kohta teadmiste suurendamisel või vähendamisel, ütles Kanada Toronto ülikooli planeediteadlane Diana Valencia, kes kutsus ameeriklaste märtsikuisele kohtumisele Mineraalfüüsikute füüsiline selts (APS) nende eksootiliste eksoplanetaarsete materjalide uurimiseks.
Ulatusliku lähenemisviisi probleem on see, et te ei saa tegelikult aru, kuidas raud käitub Maa tuuma rõhu kümnekordsel korrutamisel, ütles ta. Selle tohutu rõhu korral muutuvad kemikaalide omadused põhimõtteliselt.
"Me eeldame, et super-Maa seest leitakse kristalle, mida ei eksisteeri Maal ega kuskil mujal looduses," ütles Los Angelese California ülikooli teoreetiline mineraalfüüsik Lars Stixrude, kes on seda teinud. teoreetiline põhitöö nende ekstreemsete materjalide omaduste arvutamiseks. "Need oleksid aatomite ainulaadsed paigutused, mis eksisteerivad ainult väga suure rõhu korral."
Need erinevad korraldused juhtuvad, ütles ta Live Science'ile, sest tohutu surve muudab põhimõtteliselt seda, kuidas aatomid omavahel seovad. Maa pinnal ja isegi sügaval meie planeedi sees aatomid ühendavad, kasutades ainult väliseid kestades asuvaid elektrone. Kuid maakera superrõhul osalevad aatomituumale lähemal olevad elektronid ja muudavad materjalide kuju ja omadusi täielikult.
Ja need keemilised omadused võivad mõjutada tervete planeetide käitumist. Näiteks teavad teadlased, et super-Maa püüab lõksu palju soojust. Kuid nad ei tea, kui palju - ja sellele küsimusele antud vastusel on suur mõju nende planeetide vulkaanidele ja plaaditektoonikale. Maa siserõhu korral segunevad kergemad elemendid raudsüdamikuga, mõjutades planeedi magnetvälja - kuid kõrgema rõhu korral see võib juhtuda. Isegi super-Maa füüsikaline suurus sõltub nende tuumades olevate ühendite kristallstruktuurist.
Kuid ilma et sedalaadi planeete saaks meie päikesesüsteemis lähedalt uurida, ütles Valencia, et teadlased peavad sellistele küsimustele vastamiseks pöörduma põhiliste füüsikaliste arvutuste ja katsete poole. Kuid need arvutused annavad sageli lahtisi vastuseid, ütles Stixrude. Mis puutub katsetustesse?
"Need rõhud ja temperatuurid ületavad enamiku tänapäeval kasutatava tehnoloogia ja katsete võimalusi," ütles ta.
Supermaa moodustamine tavalisele Maale
Maal hõlmavad kõige ekstreemsemad rõhukatsed pisikeste proovide purustamist kahe tööstusliku teemandi teravdatud punktide vahel.
Kuid need teemandid kipuvad purunema juba ammu enne Maa pealise rõhu saavutamist, ütles Stixrude. Teemantide piirangutest üle saamiseks pöörduvad füüsikud dünaamilise kokkusurumise katsete poole, nagu mineraalfüüsik Tom Duffy ja tema meeskond Princetoni ülikoolis.
Need katsed tekitavad rohkem Maa peal olevaid ülirõhke, kuid ainult sekundi murdosa jooksul.
"Idee on see, et kiiritate proovi väga suure võimsusega laseriga ja kuumutate kiiresti selle proovi pinda ja puhute plasma välja," rääkis Duffy, kes juhtis APS-i seanssi, kus Valencia rääkis, Live Science'ile.
Äkki kuumutatud proovi tükid löövad pinnalt lahti, tekitades proovi kaudu liikuva rõhulaine.
"See on tõesti nagu raketilaeva efekt," sõnas Duffy.
Proovid on pisikesed - peaaegu tasased ja pindalaga vaid umbes millimeeter, ütles ta. Ja kogu asi kestab nanosekundites. Kui rõhulaine jõuab proovi tagaküljele, puruneb kogu asi. Kuid nende lühikeste impulsside ajal tehtud tähelepanelike vaatluste abil on Duffy ja tema kolleegid välja mõelnud raua ja muude molekulide tihedused ja isegi keemilised struktuurid varem tundmatu rõhu all.
Endiselt on palju vastamata küsimusi, kuid valdkonna teadmiste olukord muutub kiiresti, teatas Valencia. Näiteks esimene artikkel super-Maade struktuuri kohta (mille Valencia avaldas 2007. aasta veebruaris Astrophysical Journalis Harvardi kraadiõppurina) on aegunud, kuna füüsikud on saanud uut teavet meie enda planeedi sees olevate kemikaalide kohta.
Nendele küsimustele vastamine on oluline, ütles Duffy, kuna need võivad meile öelda, kas kaugetel võõrmaailmadel on sellised omadused nagu plaaditektoonika, voolav magma ja magnetväljad - ja kas nad võiksid seetõttu elu toetada.
