Yabancı dünyaların derinliklerinde, kristaller Dünya üzerindeki atmosfer basıncından 40 milyon kat daha yoğun ve gezegenimizin çekirdeğindeki basınçtan 10 kat daha yoğun basınçlar altında oluşur. Onları daha iyi anlamak galaksimizin başka bir yerinde yaşam aramamıza yardımcı olabilir.
Şu anda, bilim adamları bu gizemli kristaller hakkında neredeyse hiçbir şey bilmiyorlar. Nasıl ve ne zaman oluşturduklarını, neye benzediklerini veya nasıl davrandıklarını bilmiyorlar. Ancak bu soruların cevaplarının, ister akan magma ister buzla kaplı olsunlar ya da ev sahibi yıldızlarından radyasyonla bombardıman edildikleri bu dünyaların yüzeyleri için muazzam etkileri olabilir. Bu sorunun yanıtı, bu gezegenlerin yaşamı barındırma olasılığını da etkileyebilir.
Bu dış gezegenlerin iç mekanları bizim için gizemli çünkü güneş sistemimizde gezegenler Dünya ve Mars gibi küçük ve kayalık ya da Satürn ve Jüpiter gibi büyük ve gazlı olma eğilimindedir. Ancak son yıllarda, gökbilimciler "süper Dünyalar" - dev kayalık gezegenler - ve "mini-Neptunes" - güneş sistemimizde mevcut olandan daha küçük gaz gezegenleri - galaksimizin geri kalanında daha yaygın olduğunu keşfettiler.
Bu gezegenler sadece ev sahibi yıldızlarından gelen ışıkta hafif titreşimler olarak görülebildiğinden, onlar hakkında çok şey gizemli kalır. Süper mi yoksa süper geniş mi? Yüzeyleri nelerden yapılmıştır? Manyetik alanları var mı? Bu soruların cevapları, büyük ölçüde, ultra basınçlı çekirdeklerindeki kaya ve demirin nasıl davrandığına bağlı.
Mevcut bilimin sınırları
Şu anda, gezegenler hakkındaki anlayışımız çoğunlukla kendi güneş sistemimizdeki gezegenler hakkında bildiklerimizi artırmaya veya azaltmaya dayanıyor, Kanada'daki Toronto Üniversitesi'nde bir gezegen bilimcisi olan Diana Valencia, Amerikalıların Mart toplantısında çağrıda bulundu. Mineral fizikçilerinin bu egzotik dış gezegenleri keşfetmeleri için Fizik Derneği (APS).
Ölçeklendirme yaklaşımıyla ilgili sorun, demirin Dünya'nın çekirdeğinin baskısının sadece çarparak nasıl 10 kat daha fazla davranacağını gerçekten anlayamamanızdır. Bu muazzam baskılarda kimyasalların özellikleri temelde değişir.
Los Angeles, Kaliforniya Üniversitesi'nde teorik bir mineral fizikçisi Lars Stixrude, "Dünyada olmayan veya doğada başka hiçbir yerde olmayan süper Dünyaların içinde kristaller bulmayı bekleriz," dedi. bu uç malzemelerin özelliklerini hesaplamak için temel teorik çalışmalar. "Bunlar sadece çok yüksek basınçta var olan atomların eşsiz düzenlemeleri olurdu."
Canlı Bilim'e bu farklı düzenlemeler gerçekleşti, çünkü muazzam baskılar atomların birbirine nasıl bağlandığını kökten değiştiriyor. Dünya yüzeyinde ve hatta gezegenimizin derinliklerinde, atomlar sadece dış kabuklarındaki elektronları kullanarak bağlanırlar. Ancak süper Dünya basınçlarında, atom çekirdeğine daha yakın olan elektronlar devreye girer ve malzemelerin şekil ve özelliklerini tamamen değiştirir.
Ve bu kimyasal özellikler tüm gezegenlerin davranışını etkileyebilir. Örneğin, bilim adamları süper Dünyaların çok fazla ısı yakaladığını biliyorlar. Ama ne kadar olduğunu bilmiyorlar - ve bu sorunun cevabının bu gezegenlerin volkanları ve plaka tektoniği için önemli etkileri var. Dünya'nın iç basınçlarında, daha hafif elementler demir çekirdeğe karışır ve gezegenin manyetik alanını etkiler - ancak bu daha yüksek basınçlarda olmayabilir. Süper Dünyaların fiziksel boyutu bile, çekirdeklerindeki bileşiklerin kristal yapısına bağlıdır.
Ancak kendi güneş sistemimizde yakından çalışmak için bu tür gezegenler olmadan, Valencia, bilim adamlarının bu tür soruları cevaplamak için temel fiziksel hesaplamalara ve deneylere yönelmeleri gerektiğini söyledi. Ancak bu hesaplamalar genellikle açık uçlu cevaplara dönüşüyor, dedi Stixrude. Deneylere gelince?
"Bu baskılar ve sıcaklıklar, bugün sahip olduğumuz teknoloji ve deneylerin çoğunun kapasitesinin ötesinde," dedi.
Normal Dünya'da bir Süper Dünya İnşa Etmek
Dünya üzerinde, en uç basınç deneyleri, iki endüstriyel elmasın keskin noktaları arasında küçük numunelerin ezilmesini içerir.
Ancak bu elmaslar, süper Dünya baskılarına ulaşmadan çok önce paramparça olma eğiliminde, dedi Stixrude. Elmasların sınırlarını aşmak için fizikçiler, mineral fizikçisi Tom Duffy ve Princeton Üniversitesi'ndeki ekibi tarafından yapılan türden dinamik sıkıştırma deneylerine yöneliyorlar.
Bu deneyler, sadece bir saniyenin kesirleri için daha süper Dünya benzeri baskılar üretir.
Valencia'nın konuştuğu APS oturumuna başkanlık eden Duffy, Live Science'a verdiği demeçte, "Fikir, bir numuneyi çok güçlü bir lazerle ışınladınız ve o numunenin yüzeyini hızla ısıtıyorsunuz ve bir plazmayı havaya uçutuyorsunuz."
Aniden ısıtılan numunenin parçaları yüzeyden patlar ve numuneden geçen bir basınç dalgası oluşturur.
"Bu gerçekten bir roket gemisi etkisi gibi," dedi Duffy.
İlgili numuneler çok küçük - neredeyse düz ve yüzey alanında yaklaşık bir milimetre kare. Ve her şey nanosaniye meselesi sürer. Basınç dalgası numunenin arkasına ulaştığında, her şey paramparça olur. Ancak bu kısa darbeler sırasında yapılan dikkatli gözlemlerle Duffy ve meslektaşları, daha önce hiç duyulmamış baskılar altında demir ve diğer moleküllerin yoğunluklarını ve hatta kimyasal yapılarını anladılar.
Valencia hala cevaplanmamış birçok soru var, ancak alandaki bilgi durumunun hızla değiştiğini söyledi. Örneğin, fizikçiler kendi gezegenimizdeki kimyasallar hakkında yeni bilgiler edindiklerinden, süper Dünyaların yapısı hakkındaki ilk makale (Valencia'nın Astrophysical Journal'da Harvard'da yüksek lisans öğrencisi olarak 2007'de yayınladığı) modası geçmişti.
Duffy, bu soruları cevaplamak önemlidir, çünkü uzak uzaylı dünyaların plaka tektoniği, akan magma ve manyetik alanlar gibi özelliklere sahip olup olmadığını ve dolayısıyla yaşamı destekleyip destekleyemeyeceklerini söyleyebilirler.
