De binnenste delen van de buitenste planeten van de superaarde vestigen

Artistieke opvatting van een dwarsdoorsnede van de superaarde met de doel-NIF-kamer boven de mantel, kijkend naar de kern. Krediet: John Jett/LLNL-foto

De ontdekking van meer dan 4.500 exoplaneten creëerde de noodzaak om hun interne structuur en dynamiek te modelleren. Het bleek dat ijzer een grote rol speelt.

Wetenschappers en medewerkers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) gebruikten lasers bij de National Ignition Facility om de hogedruksmeltcurve en structurele eigenschappen van zuiver ijzer te bepalen tot 1.000 gigapascal (bijna 10.000.000 atmosfeer), drie keer de interne druk van de aarde. Kern en ongeveer vier keer grotere druk dan alle eerdere experimenten. De zoekopdracht verschijnt in Wetenschap.

Het team voerde een reeks experimenten uit die de omstandigheden simuleerden die werden waargenomen door een stuk ijzer naar het midden van een superaarde kern te laten vallen. De experimenten zijn op maat gemaakt als onderdeel van het NIF Discovery Science-programma, dat open staat voor toegang en beschikbaar is voor alle onderzoekers.

“De enorme rijkdom aan ijzer in rotsachtige binnenplaneten maakt het absoluut noodzakelijk om de eigenschappen van ijzer en zijn reactie in extreme omstandigheden diep in de kernen van de meest massieve aardachtige planeten te begrijpen”, zegt Rick Krause, LLNL-natuurkundige en hoofdauteur van de papier. . “De smeltcurve van ijzer is van cruciaal belang voor het begrijpen van de interne structuur, thermische evolutie en het potentieel voor door dynamo gegenereerde magnetosferen.”

Men denkt dat de magnetosfeer een belangrijk onderdeel is van bewoonbare terrestrische planeten, net als op aarde. De magnetodynamica van de aarde in de buitenste kern van vloeibaar ijzer wordt gegenereerd door convectie rond de binnenste kern van vast ijzer en wordt veroorzaakt door de latente warmte die vrijkomt tijdens het stollen van ijzer.

READ  NASA's Webb-ruimtetelescoop maakt correctie halverwege de koers tijdkritisch

Met de bekendheid van ijzer op terrestrische planeten, zijn nauwkeurige en nauwkeurige fysieke eigenschappen bij extreme drukken en temperaturen vereist om te voorspellen wat er binnen de binnenplaneten gebeurt. Het smeltpunt is een eigenschap van de eerste orde van ijzer, waarover nog steeds wordt gedebatteerd over de toestand van het binnenste van de aarde. De smeltcurve is de grootste reologische overgang die een stof kan ondergaan, van een met sterkte naar een zonder. Waar een vaste stof in een vloeistof verandert en de temperatuur afhangt van de druk van het strijkijzer.

Door middel van experimenten bepaalde het team de werklengte van de dynamo tijdens primaire stolling tot de zeshoekige structuur die in de exoplaneten van de superaarde is gestopt.

“We ontdekten dat terrestrische exoplaneten met een massa van meer dan vier tot zes keer de massa van de aarde de langste dynamo zouden hebben, wat een belangrijk schild zou vormen tegen kosmische straling”, zei Krause.

“Naast onze interesse in het begrijpen van de bewoonbaarheid van exoplaneten, zal de technologie die we voor ijzer hebben ontwikkeld in de toekomst worden toegepast op meer programmatisch gerelateerde materialen”, zei Krause, inclusief het Repository Stewardship Program.

De smeltcurve is een ongelooflijk gevoelige beperking op de vergelijking van het toestandsmodel.

Het team heeft ook bewijs verkregen dat de kinetiek van stolling onder zulke extreme omstandigheden snel is, waarbij het slechts nanoseconden kost om van vloeibaar naar vast te gaan, waardoor het team de grenzen van de evenwichtsfase kan observeren. “Dit experimentele inzicht verbetert onze modellering van de tijdsafhankelijke respons van alle materialen voor alle materialen,” zei Krause.

READ  Kijk hoe NASA-astronauten hun tweede ruimtewandeling maken in 2021

Referentie: “Meting van de ijzersmeltcurve bij superaarde-kerncondities” door Richard J. Krause, Russell J. Hemley, Susan J. Ali, Jonathan L. Belov, Lauren X Benedict, Joel Bernier, Dave Brown, Ray Cohen, Gilbert W. Collins, Federica Kopari, Michael P. Degarlais, Dane Fratandono, Sebastian Hamill, Andy Krieger, Amy Lazicki, James McEnany, Marius Melott, Philip C. Mint, Matthew G. Newman, James R. Rigg, Dean M. Sterbentz, Sarah T Stewart, Lars Sticksrud, Damien C Swift, Chris Wehrenberg en John H. Eggert, 13 januari 2022, Wetenschap.
DOI: 10.1126 / science.abm1472

Andere teamleden van Livermore zijn onder meer Suzanne Ali, John Beloff, Lauren Benedict, Joel Bernier, Dave Brown, Federica Coppari, Dane Fratandono, Sebastian Hummel, Andy Krieger, Amy Lazicki, James McEnany, Marius Melott, Philip Mint, Dean M. Sternpentz, Damien Swift, Chris Wehrenberg en John Eggert. Onderzoekers van de University of Illinois in Chicago, Carnegie Institution for Science, University of Rochester, Sandia National Laboratory, California Institute of Technology, University of California Davis en UCLA droegen ook bij aan het onderzoek.

Het werk wordt gefinancierd door LLNL’s Weapons Physics and Design Program en NIF’s Discovery Science Program.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *