Изображение: MARK MEAMBER/NIF
Физики cмоделировали ядра некоторых крупных скалистых экзопланет, воздействуя на железо лазерами. Полученные в результате измерения дают первый ключ к тому, как железо может вести себя внутри планет вне Солнечной системы, которые в несколько раз превышают массу Земли, сообщают исследователи 16 апреля в Nature Astronomy.
«До сих пор не было данных о состоянии этих материалов в центре крупных экзопланет», — говорит Рэй Смит, физик из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии.
Смит и его коллеги направили 176 лазеров на железную гранулу толщиной в несколько микрометров, завернутую в золотой цилиндр. Лазеры поставляют достаточно энергии в течение 30 миллиардных долей секунды для сжатия железа при давлениях до 14 миллионов атмосфер. Исследователи измерили, как изменилась плотность железа при различных давлениях.
Считается, что эти высокие давления обнаруживаются в железных ядрах каменистых экзопланет, которые в три-четыре раза превышают массу Земли, говорит Смит. Хотя наша Солнечная система не имеет планет такого размера, они являются наиболее распространенным типом экзопланет в Галактике. Предыдущие симуляции предполагают, что некоторые из этих скалистых миров могут иметь внутренний состав, подобные земному.
Это сходство вызывает надежды на то, что экзопланеты могут иметь черты, которые делают мир гостеприимным для жизни, например, магнитное поле или тектонику плит. Ожидается, что на новейшем телескопе NASA по поиску экзопланет, который называется TESS, будет найдено сотни планет в этом диапазоне размеров.
Но детали экзопланетных ядер очень трудно изучать. До сих пор исследователям приходилось экстраполировать поведение железа при высоких давлениях из измерений, выполненных при низких давлениях, что приводило к большой неопределенности. Благодаря новым измерениям ученые могут быть более уверенными в том, что их моделирование отражает реальные планеты.
Раньше Смит и его коллеги добились некоторого прогресса, сжав алмаз еще большим давлением. Алмаз легко сжимается, но вряд ли он находится глубоко внутри скалистых экзопланет.
«Это один из первых экспериментов в области физики минералов, который будет гораздо более применим к каждой планете», — говорит экзогеолог Кайман Унтерборн из Аризонского государственного университета в Темпе. «Это будет действительно важно, когда мы начнем характеризовать экзопланеты с будущими новыми миссиями».
Больше информации: R.F. Smith. Equation of state of iron under core conditions of large rocky exoplanets. Nature Astronomy. Published online April 16, 2018. doi:10.1038/s41550-018-0437-9.