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.

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.