Kajian ini menerangkan generasi baru eksperimen laser berkuasa tinggi yang memberikan persamaan mutlak pertama bagi besi dalam keadaan tekanan dan ketumpatan yang melampau.
Sekumpulan penyelidik dari Laboratorium Nasional Livermore. Lawrence (LLNL), Princeton University, Johns Hopkins University dan University of Rochester (AS) buat pertama kalinya secara eksperimen menentukan pergantungan radius massa planet logam hipotetis dengan sifat-sifat teras super-Bumi. Karya para saintis dipaparkan dalam jurnal Nature Astronomy.
Penemuan sejumlah besar planet di luar sistem suria adalah salah satu penemuan saintifik paling menarik dari generasi ini. Kajian-kajian ini menimbulkan persoalan asas. Apa jenis planet ekstrasur, dan bagaimana mereka terbentuk dan berkembang? Objek manakah yang dapat mengekalkan keadaan hidup yang boleh diterima di permukaan? Untuk mengatasi masalah ini, anda perlu memahami komposisi dan struktur dalaman objek ini,”kata Ray Smith, ahli fizik di LLNL dan pengarang utama kajian ini.
Hasilnya dapat digunakan untuk memperkirakan komposisi eksoplanet berbatu besar, membentuk dasar untuk model kedalaman planet masa depan, yang, pada gilirannya, dapat digunakan untuk menafsirkan data pemerhatian dari misi angkasa Kepler dengan lebih tepat dan membantu menentukan planet yang dapat dihuni.
Telah diketahui bahawa lebih daripada 4,000 eksoplanet dan calon untuk peranan ini, yang paling umum adalah mereka yang melebihi radius Bumi sebanyak 1-4 kali. Dunia ekstrasolar seperti itu tidak ditunjukkan dalam sistem kita. Ini menunjukkan bahawa planet terbentuk dalam keadaan fizikal yang lebih luas daripada yang difikirkan sebelumnya. Menentukan struktur dan komposisi dalaman Bumi super adalah sesuatu yang mencabar, tetapi penting untuk memahami kepelbagaian dan evolusi sistem planet di galaksi kita.
Oleh kerana tekanan dalam inti eksoplanet 5 kali jisim Bumi dapat mencapai dua juta atmosfera, syarat mendasar untuk membatasi komposisi eksoplanet dan struktur dalamannya adalah dengan tepat menentukan sifat-sifat bahan di bawah tekanan yang melampau. Besi adalah komponen dominan inti planet dari planet bumi. Pemahaman terperinci mengenai sifat besi dalam keadaan super-bumi menjadi cabaran utama dalam penyelidikan pasukan Ray Smith.
Para saintis telah menerangkan generasi baru percubaan laser yang kuat yang memberikan persamaan mutlak pertama bagi besi di bawah tekanan dan ketumpatan yang melampau di teras bumi super. Kaedah ini sesuai untuk memampatkan bahan dengan pemanasan minimum hingga tekanan 1 terapascal (1 TPa = 10 juta atmosfera).
Rekreasi teras bumi super dalam kamera NIF seperti yang dilihat oleh artis. Kredit: Mark Meamber (NIF).
Video promosi:
Eksperimen dijalankan di Kompleks Pencucuhan Nasional LLNL (NIF). NIF, laser terbesar dan terkuat di dunia, dapat memberikan hingga 2 megajoule tenaga laser dalam 30 nanodetik dan memberikan kekuatan laser yang diperlukan dan kawalan mampatan bahan sehingga tekanan TPa. Eksperimen pasukan mencapai tekanan puncak 1.4 TPa, empat kali tekanan dari hasil statik sebelumnya, yang menggambarkan keadaan asas bumi super 3-4 kali jisim Bumi.
Model alat planet dalaman berdasarkan perihalan bahan komposit pada tekanan ekstrem biasanya mengekstrapolasi data tekanan rendah dan membuat pelbagai kemungkinan keadaan material. Data eksperimen kami menyediakan asas yang kukuh untuk menentukan sifat-sifat planet bumi dan bumi yang hipotetikal. Di samping itu, kajian menunjukkan keupayaan untuk menentukan persamaan keadaan dan sifat termodinamik utama bahan teras planet pada tekanan jauh di atas kaedah statik konvensional. Maklumat sedemikian sangat penting untuk mendapatkan pemahaman tentang struktur eksoplanet berbatu besar dan evolusi mereka,”kata Ray Smith.
Eksperimen NIF masa depan akan memperluas kajian bahan di bawah beberapa tekanan TPa dengan menggabungkan teknik difraksi sinar-X nanosecond untuk menentukan evolusi struktur kristal sebagai fungsi tekanan.
Arina Vasilieva
