Дълбоко в сърцето на извънземните светове кристалите се образуват под налягане до 40 милиона пъти по-интензивно от атмосферното налягане на Земята и до 10 пъти по-интензивно от налягането в ядрото на нашата планета. Разбирането им по-добре може да ни помогне да търсим живот другаде в нашата галактика.
В момента учените не знаят почти нищо за тези мистериозни кристали. Те не знаят как и кога се формират, как изглеждат или как се държат. Но отговорите на тези въпроси биха могли да имат огромни последици за повърхностите на онези светове - независимо дали са покрити или в течаща магма, или в лед, или са бомбардирани с радиация от техните звезди-домакини. Отговорът от своя страна би могъл да повлияе на възможността тези планети да носят живот.
Интериорът на тези екзопланети е загадъчен за нас, защото в нашата Слънчева система планетите са склонни да бъдат или малки и скалисти, като Земята и Марс, или големи и газови, като Сатурн и Юпитер. Но през последните години астрономите откриха, че така наречените „суперземли“ - гигантски скални планети - и „мини-Нептуни“ - по-малки газови планети, отколкото съществуват в нашата Слънчева система - са по-често срещани в останалата част от нашата галактика.
Тъй като тези планети могат да се разглеждат само като мъгливи трептения в светлината, идваща от техните домакини, много неща за тях остават загадъчни. Те са свръх плътни или суперширни? От какво са направени техните повърхности? Имат ли магнитни полета? Оказва се, че отговорите на тези въпроси до голяма степен зависят от това как се държат скалата и желязото в техните ултрапресорирани ядра.
Границите на настоящата наука
В момента нашето разбиране за екзопланети се основава най-вече на мащабиране нагоре или надолу това, което знаем за планетите в нашата собствена слънчева система, каза Даяна Валенсия, планетарен учен от Университета в Торонто в Канада, която призова на срещата на март на американеца Физическото общество (APS) за физиците на минерали да изследват тези екзотични екзопланетарни материали.
Проблемът с подхода за мащабиране е, че всъщност не можете да разберете как желязото ще се държи при 10 пъти повече от налягането на земното ядро само чрез умножаване, каза тя. При огромен натиск свойствата на химикалите коренно се променят.
„Бихме очаквали да намерим кристали вътре в свръх Земята, които не съществуват в Земята или където и да е другаде в природата за този въпрос“, казва Ларс Стиксруд, физик по теория на минералите в Калифорнийския университет в Лос Анджелис, който е направил основна теоретична работа за изчисляване на свойствата на тези крайни материали. "Това биха били уникални разположения на атомите, които съществуват само при много високо налягане."
Тези различни договорености се случват, каза той пред Live Science, защото огромният натиск коренно променя начина, по който атомите се свързват. На земната повърхност и дори дълбоко в нашата планета атомите се свързват, като използват само електроните във външните си обвивки. Но при свръхземно налягане, електрони, по-близо до атомното ядро, се включват и напълно променят формите и свойствата на материалите.
И тези химически свойства биха могли да повлияят на поведението на цели планети. Например, учените знаят, че суперземните улавят много топлина. Но те не знаят колко - и отговорът на този въпрос има голямо значение за вулканите на тези планети и тектониката на плочите. При вътрешното налягане на Земята по-леките елементи се смесват с желязната сърцевина, като влияят върху магнитното поле на планетата - но това може да не се случи при по-високи налягания. Дори физическият размер на супер-Земята зависи от кристалната структура на съединенията в техните ядра.
Но без планети от този вид да се изследват отблизо в нашата собствена слънчева система, каза Валенсия, учените трябва да се обърнат към основни физически изчисления и експерименти, за да отговорят на подобни въпроси. Но тези изчисления често водят до отворени отговори, каза Stixrude. Що се отнася до експериментите?
"Тези налягания и температури са извън възможностите на повечето технологии и експерименти, които имаме днес", каза той.
Изграждане на супер Земя на обикновена Земя
На Земята най-екстремните експерименти с натиск включват смачкване на миниатюрни проби между заточените точки на два индустриални диаманта.
Но тези диаманти са склонни да се разрушат много преди да достигнат натиска на Земята, каза Стиксруд. За да заобиколят ограниченията на диамантите, физиците се обръщат към експерименти с динамично компресиране, от сорта, извършени от физика на минералите Том Дъфи и неговия екип от Принстънския университет.
Тези експерименти произвеждат повече свръхземно налягане, но само за части от секундата.
"Идеята е, че облъчвате проба с много мощен лазер и бързо загрявате повърхността на тази проба и издухвате плазма", заяви Дъфи, който ръководи сесията на APS, където Валенсия говори, каза пред Live Science.
Битове от пробата, внезапно нагряти, взривяват от повърхността, създавайки вълна под налягане, която се движи през пробата.
"Наистина е като ефект на ракетни кораби", каза Дъфи.
Въпросните проби са мънички - почти плоски и с площ около милиметър, каза той. И цялото нещо трае въпрос на наносекунди. Когато вълната под налягане достигне гърба на пробата, цялото нещо се разпада. Но чрез внимателни наблюдения по време на тези кратки импулси, Дъфи и неговите колеги са разбрали плътностите и дори химическите структури на желязо и други молекули при нечуван натиск.
Все още има много въпроси без отговор, но състоянието на знанията в областта се променя бързо, каза Валенсия. Например, първата книга за структурата на свръхземите (която Валенсия публикува през февруари 2007 г. в The Astrophysical Journal като аспирант в Харвард) е остаряла, защото физиците са получили нова информация за химикалите вътре в нашата собствена планета.
Отговорът на тези въпроси е важен, каза Дъфи, защото те могат да ни кажат дали далечните извънземни светове имат характеристики като тектоника на плочите, течаща магма и магнитни полета - и следователно дали биха могли да поддържат живота.
