Thomas Dalton
0 
2981
734
Diep in het hart van buitenaardse werelden worden kristallen gevormd onder drukken die tot 40 miljoen keer intenser zijn dan de atmosferische druk op aarde, en wel 10 keer intenser dan de druk in de kern van onze planeet. Als we ze beter begrijpen, kunnen we op zoek gaan naar leven elders in onze melkweg.
Op dit moment weten wetenschappers bijna niets over deze mysterieuze kristallen. Ze weten niet hoe en wanneer ze zich vormen, hoe ze eruit zien of hoe ze zich gedragen. Maar de antwoorden op die vragen kunnen enorme gevolgen hebben voor de oppervlakken van die werelden - of ze nu bedekt zijn met stromend magma of ijs, of worden gebombardeerd met straling van hun gaststerren. Het antwoord zou op zijn beurt van invloed kunnen zijn op de mogelijkheid dat deze planeten leven herbergen.
Het binnenste van deze exoplaneten is mysterieus voor ons omdat planeten in ons zonnestelsel ofwel klein en rotsachtig zijn, zoals de aarde en Mars, of groot en gasachtig, zoals Saturnus en Jupiter. Maar in de afgelopen jaren hebben astronomen ontdekt dat zogenaamde "super-aardes" - gigantische rotsachtige planeten - en "mini-Neptunes" - kleinere gasplaneten dan in ons zonnestelsel voorkomen - vaker voorkomen in de rest van onze melkweg. [9 meest intrigerende aardachtige planeten]
Omdat deze planeten alleen kunnen worden gezien als zwakke flikkeringen in het licht dat van hun gaststerren komt, blijft veel over hen mysterieus. Zijn ze superdicht of supergroot? Waar zijn hun oppervlakken van gemaakt? Hebben ze magnetische velden? De antwoorden op die vragen, zo blijkt, zijn sterk afhankelijk van hoe het gesteente en het ijzer in hun onder druk staande kernen zich gedragen..
De grenzen van de huidige wetenschap
Op dit moment is ons begrip van exoplaneten voornamelijk gebaseerd op het vergroten of verkleinen van wat we weten over planeten in ons eigen zonnestelsel, zei Diana Valencia, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Toronto in Canada, die bijeenkwam op de bijeenkomst van de Amerikaan in maart. Physical Society (APS) voor mineraalfysici om deze exotische exoplanetaire materialen te onderzoeken.
Het probleem met de opschalingsbenadering is dat je niet echt kunt begrijpen hoe ijzer zich gedraagt bij 10 keer de druk van de kern van de aarde door alleen maar te vermenigvuldigen, zei ze. Bij die enorme druk veranderen de eigenschappen van chemicaliën fundamenteel.
"We verwachten kristallen te vinden in superaarde die niet bestaan op aarde, of waar dan ook in de natuur," zei Lars Stixrude, een theoretisch mineraalfysicus aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, die dat wel heeft gedaan theoretisch basiswerk om de eigenschappen van deze extreme materialen te berekenen. "Dit zouden unieke arrangementen van de atomen zijn die alleen onder zeer hoge druk bestaan."
Deze verschillende arrangementen gebeuren, vertelde hij, omdat enorme druk fundamenteel verandert hoe atomen aan elkaar binden. Op het aardoppervlak en zelfs diep in onze planeet, verbinden atomen zich met alleen de elektronen in hun buitenste schil. Maar bij superaardse drukken raken elektronen dichter bij de atoomkern erbij betrokken en veranderen de vormen en eigenschappen van materialen volledig.
En die chemische eigenschappen kunnen het gedrag van hele planeten beïnvloeden. Wetenschappers weten bijvoorbeeld dat superaardes veel warmte vasthouden. Maar ze weten niet hoeveel - en het antwoord op die vraag heeft grote gevolgen voor de vulkanen en platentektoniek van die planeten. Bij de interne druk van de aarde raken lichtere elementen vermengd met de ijzeren kern en beïnvloeden ze het magnetische veld van de planeet - maar dat gebeurt misschien niet bij hogere drukken. Zelfs de fysieke grootte van superaardes hangt af van de kristalstructuur van verbindingen in hun kernen.
Maar zonder planeten van dit soort om van dichtbij te bestuderen in ons eigen zonnestelsel, zei Valencia, moeten wetenschappers zich wenden tot fysieke basisberekeningen en experimenten om dit soort vragen te beantwoorden. Maar die berekeningen leveren vaak open antwoorden op, zei Stixrude. Wat betreft de experimenten?
"Die drukken en temperaturen zijn buiten het bereik van de meeste technologie en experimenten die we vandaag hebben", zei hij.
Een superaarde bouwen op gewone aarde
Op aarde omvatten de meest extreme drukexperimenten het verpletteren van kleine monsters tussen de geslepen punten van twee industriële diamanten.
Maar die diamanten hebben de neiging om te versplinteren lang voordat ze de druk op de superaarde bereiken, zei Stixrude. Om de beperkingen van diamanten te omzeilen, wenden natuurkundigen zich tot dynamische compressie-experimenten, zoals uitgevoerd door de mineraalfysicus Tom Duffy en zijn team aan de Princeton University.
Deze experimenten produceren meer superaarde-achtige drukken, maar slechts voor fracties van een seconde.
"Het idee is dat je een monster bestraalt met een zeer krachtige laser, en je verwarmt snel het oppervlak van dat monster en je blaast een plasma af", vertelde Duffy, voorzitter van de APS-sessie waar Valencia sprak. .
Stukjes van het monster, plotseling verhit, schieten van het oppervlak, waardoor een drukgolf ontstaat die door het monster beweegt. [De meest extreme laboratoria ter wereld]
"Het lijkt echt op een raketschip-effect," zei Duffy.
De betrokken monsters zijn klein - bijna vlak, en ongeveer een millimeter vierkant in oppervlakte, zei hij. En het hele ding duurt een kwestie van nanoseconden. Wanneer de drukgolf de achterkant van het monster bereikt, valt het geheel uiteen. Maar door zorgvuldige observaties tijdens die korte pulsen, hebben Duffy en zijn collega's de dichtheden en zelfs de chemische structuren van ijzer en andere moleculen onder voorheen ongehoorde druk ontdekt..
Er zijn nog veel onbeantwoorde vragen, maar de kennis op dit gebied verandert snel, zei Valencia. Zo is de eerste paper over de structuur van superaardes (die Valencia in februari 2007 publiceerde in The Astrophysical Journal als afgestudeerde student aan Harvard) verouderd omdat natuurkundigen nieuwe informatie hebben verkregen over de chemicaliën in onze eigen planeet..
Het beantwoorden van deze vragen is belangrijk, zei Duffy, omdat ze ons kunnen vertellen of verre buitenaardse werelden kenmerken hebben zoals platentektoniek, stromend magma en magnetische velden - en daarom of ze het leven zouden kunnen ondersteunen.
- Interstellar Space Travel: 7 Futuristic Spacecraft to Explore the Cosmos
- What a View: Amazing Astronaut Images of Earth
- 10 exoplaneten die buitenaards leven kunnen hosten
Oorspronkelijk gepubliceerd op .