Роль заліза в екзопланетах

Відкриття понад 4500 позасонячних планет викликало потребу в моделюванні їх внутрішньої структури та динаміки. Як виявилося, залізо відіграє ключову роль.

Про це розповідають у Ліверморській національній лабораторії ім. Лоуренса (LLNL), США, передають OstanniPodii.com.

Вчені використовували лазери у Національному комплексі лазерних термоядерних реакцій (NIF) для експериментального визначення кривої плавлення під високим тиском і структурних властивостей чистого заліза до 1000 ГПа (майже 10 000 000 атмосфер), що в три рази перевищує тиск внутрішнього ядра Землі та майже в чотири рази більше, ніж у будь-яких попередніх експериментах. Результати дослідження були опубліковані в журналі Science.

Команда провела серію експериментів, що імітують умови, які спостерігаються для кількості заліза, що спускається до центру ядра суперземлі. Експерименти були виділені в рамках програми NIF "Наука відкриттів", яка є відкритою та доступною для всіх дослідників.

«Значне багатство заліза всередині кам′янистих планет робить необхідним зрозуміти властивості та реакції заліза за екстремальних умов глибоко в ядрах більш масивних планет, подібних Землі», — сказав Рік Краус, фізик LLNL та провідний автор опублікованої роботи. «Крива плавлення заліза має вирішальне значення для розуміння внутрішньої структури, теплової еволюції, а також потенціалу магнітосфер, що генеруються динамо».

Вважається, що як і на Землі, магнітосфера є важливим компонентом придатних для життя планет земної групи. Магнітодинамо Землі генерується при конвекції у рідкому залізному зовнішньому ядрі, яке оточує внутрішнє ядро ​​з твердого заліза, і живиться за рахунок прихованого тепла, що виділяється під час твердіння заліза.

Оскільки залізо займає важливе місце у складі планет земної групи, для прогнозування того, що відбувається в їх надрах, потрібні докладні та точні фізичні властивості при екстремальних тисках і температурах. Властивістю заліза першого порядку є температура плавлення, яка все ще обговорюється для умов надр Землі. Крива плавлення - це найбільший реологічний перехід, який може зазнати матеріал, від матеріалу з міцністю до матеріалу без міцності. Саме тут тверде тіло перетворюється в рідину, а температура залежить від тиску заліза.

Новини за подібною темою:

		Атмосфери нових планет можуть мати несподівані суміші водню та води
		"Вебб" отримав пряме зображення екзопланет і виявив у них вуглекислий газ
		Запропоновано новий спосіб пошуку життя, яке може бути незвичним та існувати на дивних планетах

Під час експериментів команда визначила тривалість дії динамо під час затвердіння ядра до гексагональної щільно упакованої структури в екзопланетах-суперземлях.

«Ми виявили, що екзопланети земної групи з масою у чотири-шість разів більше Землі матимуть найдовші динамо, які забезпечують важливий захист від космічного випромінювання», — відмітив Краус.

Краус сказав: «Крім нашого інтересу до розуміння життєпридатності екзопланет, методика, яку ми розробили для заліза, буде застосована до більш програмно релевантних матеріалів у майбутньому», включаючи Програму США з управління запасами.

Крива плавлення є неймовірно чутливим обмеженням для рівняння моделі стану.

Команда також отримала докази того, що кінетика затвердіння в таких екстремальних умовах є швидкою, і для переходу з рідини у тверде потрібно всього наносекунди, що дозволяє команді спостерігати рівноважну межу фази. «Це експериментальне розуміння покращує наше моделювання залежної від часу реакції матеріалу для всіх матеріалів», — зазначив Краус.

Крім команди LLNL, вклад у дослідження зробили вчені з Університету Іллінойсу в Чикаго, Інституту науки Карнегі, Рочестерського університету, Сандійської національної лабораторії, Каліфорнійського технологічного інституту, Каліфорнійського університету Девіса та Каліфорнійського університету Лос-Анджелеса.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Екзопланети