Globoko v osrčju tujih svetov se kristali tvorijo pod pritiski, ki so do 40 milijonov krat intenzivnejši od atmosferskega pritiska na Zemlji in kar 10-krat bolj intenzivni od pritiska v jedru našega planeta. Boljše razumevanje njih nam lahko pomaga iskati življenje drugje v naši galaksiji.
Trenutno znanstveniki o teh skrivnostnih kristalih skoraj nič ne vedo. Ne vedo, kako in kdaj se oblikujejo, kako izgledajo ali kako se obnašajo. Toda odgovori na ta vprašanja bi lahko imeli ogromne posledice za površine teh svetov - pa naj bodo ti pokriti s pretočno magmo ali ledom ali pa jih bombardirajo sevanja njihovih gostiteljskih zvezd. Odgovor pa bi lahko vplival na možnost, da ti planeti živijo v življenju.
Notranjost teh eksoplanetov je za nas skrivnostna, saj so planeti v našem osončju tako majhni in kamniti, kot sta Zemlja in Mars, ali veliki in plinasti, kot Saturn in Jupiter. Toda v zadnjih letih so astronomi ugotovili, da so tako imenovane "super-Zemlje" - velikanski kamniti planeti - in "mini-Neptuni" - manjši plinski planeti, kot obstajajo v našem osončju - pogostejši v preostali naši galaksiji.
Ker je te planete mogoče videti le kot rahlo utripanje v svetlobi, ki prihaja od njihovih gostiteljskih zvezd, veliko o njih ostaja skrivnostno. Ali so preobsežne ali superšportne? Iz česa so narejene njihove površine? Imajo magnetno polje? Izkazalo se je, da so odgovori na ta vprašanja v veliki meri odvisni od tega, kako se obnašata skala in železo v svojih ultra tlačnih jedrih.
Meje trenutne znanosti
Trenutno naše razumevanje eksoplanetov temelji predvsem na povečanju ali zmanjšanju tega, kar vemo o planetih v našem lastnem osončju, je povedala Diana Valencia, planetarna znanstvenica z univerze v Torontu v Kanadi, ki je na marčni sestanek poklicala Američana Fizično društvo (APS) za fizike mineralov za raziskovanje teh eksotičnih eksoplanetarnih materialov.
Težava pri pristopu za povečanje števila je, da res ne moreš razumeti, kako se bo železo ob pomnoženosti obnašalo pri 10-krat večjem pritisku zemeljskega jedra, je dejala. Pri teh ogromnih pritiskih se lastnosti kemikalij bistveno spremenijo.
"Pričakovali bi, da bomo našli kristale znotraj super-Zemlje, ki ne obstajajo na Zemlji ali kjer koli drugje v naravi, kar zadeva to zadevo," je dejal Lars Stixrude, teoretični fizik mineralov na kalifornijski univerzi v Los Angelesu osnovno teoretično delo za izračun lastnosti teh ekstremnih materialov. "To bi bili edinstveni razporedi atomov, ki obstajajo le pri zelo visokem tlaku."
Ti različni dogovori se zgodijo, je povedal za Live Science, saj ogromni pritiski bistveno spremenijo, kako se atomi vežejo skupaj. Na Zemljini površini in celo globoko v našem planetu se atomi povežejo z uporabo samo elektronov v njihovih zunanjih lupinah. Toda pri pritiskih super Zemlje se vključijo elektroni, ki so bližje atomskemu jedru in popolnoma spremenijo oblike in lastnosti materialov.
In te kemijske lastnosti bi lahko vplivale na obnašanje celih planetov. Znanstveniki na primer vedo, da super-Zemlje lovijo veliko toplote. Vendar ne vedo, koliko - in odgovor na to vprašanje ima velike posledice za vulkane teh planetov in tektoniko plošč. Pri notranjih pritiskih Zemlje se lažji elementi mešajo z železnim jedrom, kar vpliva na magnetno polje planeta - vendar se to pri večjih tlakih ne bo zgodilo. Tudi fizična velikost super-Zemlje je odvisna od kristalne strukture spojin v njihovih jedrih.
Toda brez tovrstnih planetov, ki bi se natančno preučevali v našem sončnem sistemu, je dejal Valencia, da bi se znanstveniki morali obrniti na osnovne fizične izračune in poskuse, da bi odgovorili na tovrstna vprašanja. Toda ti izračuni pogosto prikažejo odprte odgovore, je dejal Stixrude. Kar se tiče poskusov?
"Ti pritiski in temperature presegajo večino tehnologije in poskusov, ki jih imamo danes," je dejal.
Gradnja super Zemlje na običajni Zemlji
Na Zemlji najbolj ekstremni tlačni poskusi vključujejo drobljenje drobnih vzorcev med ostrima točkama dveh industrijskih diamantov.
Toda ti diamanti se ponavadi drobijo veliko preden dosežejo pritisk nad Zemljo, je dejal Stixrude. Da bi se izognili omejitvam diamantov, se fiziki obračajo na dinamične kompresijske poskuse, kakršne sta izvajala fizik mineralov Tom Duffy in njegova ekipa na univerzi Princeton.
Ti poskusi povzročajo več pritiskov, ki so podobni super Zemlji, vendar le za delčke sekunde.
"Ideja je, da vzorec obsevate z zelo zmogljivim laserjem in hitro segrejete površino tega vzorca in izpihnete plazmo," je za Live Science povedal Duffy, ki je vodil zasedanje APS, kjer je Valencia govorila.
Koščki vzorca, ki se nenadoma segrejejo, odpihnejo površino in ustvarijo tlačni val, ki se premika skozi vzorec.
"Res je kot učinek raketne ladje," je dejal Duffy.
Vključeni vzorci so majhni - skoraj ploščati in s površino le približno milimeter, je dejal. In celotna zadeva traja nekaj nanosekund. Ko tlačni val doseže zadnjo stran vzorca, se vsa stvar razbije. Toda s skrbnimi opazovanji med temi kratkimi impulzi je Duffy in njegovi sodelavci ugotovili gostoto in celo kemijske strukture železa in drugih molekul pod prej neznanimi pritiski.
Še vedno je veliko neodgovorjenih vprašanj, vendar se stanje znanja na tem področju hitro spreminja, je dejala Valencia. Na primer, prvi prispevek o strukturi super-Zemlje (ki ga je Valencia objavila februarja 2007 v The Astrophysical Journal kot podiplomski študent na Harvardu) je zastarel, ker so fiziki pridobili nove informacije o kemikalijah znotraj našega lastnega planeta.
Odgovor na ta vprašanja je pomemben, je dejal Duffy, saj nam lahko povedo, ali imajo oddaljeni vesoljski sveti značilnosti, kot so tektonika plošč, pretočna magma in magnetna polja - in torej, ali bi lahko podpirali življenje.
