Дубоко у срцу ванземаљских светова, кристали се формирају под притисцима до 40 милиона пута интензивнијим од атмосферског притиска на Земљи и чак 10 пута интензивнијег од притиска у језгри наше планете. Боље разумевање њих могло би нам помоћи да потражимо живот негде другде у нашој галаксији.
Тренутно научници готово ништа не знају о тим мистериозним кристалима. Не знају како и када се формирају, како изгледају или како се понашају. Али одговори на та питања могли би имати огромне импликације на површине тих светова - било да су прекривени или текућом магмом или ледом или су бомбардовани зрачењем њихових звезда домаћина. Одговор би заузврат могао да утиче на могућност да ове планете носе живот.
Унутрашњост ових егзопланета за нас је тајанствена јер су у нашем Сунчевом систему планете мале или камените, попут Земље и Марса, или велике и гасовите, попут Сатурна и Јупитера. Али последњих година астрономи су открили да су такозване „супер-Земље“ - џиновске стеновите планете - и „мини-Нептуни“ - мање гасне планете него што постоје у нашем Сунчевом систему - чешће у остатку наше галаксије.
Пошто се ове планете могу видети само као слабашна треперења у светлости које долазе од њихових матичних звезда, много тога о њима остаје мистериозно. Да ли су пренаглашени или суперширени? Од чега су направљене њихове површине? Да ли имају магнетна поља? Испада да одговори на та питања у великој мери зависе од понашања стијена и гвожђа у њиховим ултра-притисним језграма.
Границе тренутне науке
Тренутно, наше разумевање егзопланета углавном се заснива на скалирању или смањивању онога што знамо о планетама у нашем сопственом Сунчевом систему, рекла је Диана Валенциа, планетарна научница са Универзитета у Торонту у Канади, која је позвала на мартовски састанак Американаца Физичко друштво (АПС) за физичаре минерала који ће истражити ове егзотичне егзопланетарне материјале.
Проблем са приступом скалирања је што заправо не можете разумети како ће се гвожђе понашати 10 пута више од притиска језгре Земље само множењем, рекла је. При тим огромним притисцима својства хемикалија се темељно мењају.
"Очекивали бисмо да ћемо пронаћи кристале унутар супер-Земље који не постоје на Земљи или било где другде у природи, по том питању", рекао је Ларс Стикруде, физичар теоријских минерала на Калифорнијском универзитету у Лос Анђелесу, који је то урадио основни теоријски рад за израчунавање својстава ових екстремних материјала. "То би били јединствени распореди атома који постоје само под веома високим притиском."
Ови различити аранжмани се дешавају, рекао је он Ливе Сциенце-у, јер огромни притисци у основи промене начин на који се атоми везују. На земљиној површини, па чак и дубоко у нашој планети, атоми се повезују користећи само електроне у својим спољашњим љуштурама. Али при супер-земаљским притисцима, електрони ближи атомском језгру се захватају и у потпуности мењају облике и својства материјала.
А та хемијска својства могу утицати на понашање читавих планета. На пример, научници знају да супер-Земље хватају много топлоте. Али не знају колико - а одговор на то питање има велике импликације на вулкане и планету тектонике тих планета. При унутрашњим притисцима Земље, лакши елементи се мешају са гвожђанским језгром, утичући на магнетно поље планете - али то се можда неће догодити при већим притисцима. Чак и физичка величина супер-Земље зависи од кристалне структуре једињења у њиховим језграма.
Али без планета ове врсте да се изблиза изучава у нашем сопственом соларном систему, рекао је Валенциа, научници се морају окренути основним физичким прорачунима и експериментима да би одговорили на оваква питања. Али ти прорачуни често представљају отворене одговоре, рекао је Стикруде. Што се тиче експеримената?
"Ти притисци и температуре превазилазе могућности већине технологија и експеримената које данас имамо", рекао је.
Изградња супер-Земље на редовној Земљи
На Земљи, најекстремнији експерименти притиска укључују дробљење ситних узорака између наоштрених тачака двају индустријских дијаманата.
Али ти дијаманти имају тенденцију да се разбију много пре него што су достигли притиске супер-Земље, рекао је Стикруде. Да би заобишли ограничења дијаманата, физичари се окрећу експериментима динамичке компресије, какве су извели физичар мине Том Томи и његов тим са Универзитета Принцетон.
Ови експерименти производе више притисака налик Земљи, али само у делићу секунде.
"Идеја је да узорак зрачите веома ласерским мотором и брзо загрејете површину тог узорка и испушете плазму", рекао је Дуффи, који је председавао АПС сесијом на којој је Валенсија говорила, изјавио Ливе Сциенце.
Комадићи узорка, изненада загрејани, експлодирају са површине, стварајући притисак талас који се креће кроз узорак.
„То је заиста ефекат ракетног брода“, рекао је Дуффи.
Узорци који су укључени су малени - готово равни и с површином од око милиметра, каже он. И цела ствар траје неколико наносекунди. Када таласни притисак достигне задњу страну узорка, цела ствар се распада. Али пажљивим посматрањем током тих кратких пулсова, Дуффи и његови колеге открили су густину, па чак и хемијску структуру гвожђа и других молекула под претходно нечувеним притисцима.
Има још много неодговорених питања, али стање знања на терену брзо се мења, рекла је Валенсија. На пример, први рад о структури супер-Земље (који је Валенсија објавила фебруара 2007. у Астрофизичком часопису као дипломски студент на Харварду) је застарео јер су физичари добили нове информације о хемикалијама унутар наше планете.
Одговор на та питања је важан, рекао је Дуффи, јер нам они могу рећи имају ли удаљени изванземаљски свети карактеристике попут тектонике плоча, проточне магме и магнетних поља - и, стога, да ли би могли подржати живот.
