Исследователи воссоздали условия, которые существуют внутри гигантских планет
Ученые Ливерморской национальной лаборатории впервые экспериментально воссоздали условия, которые существуют внутри гигантских планет типа Юпитера, Урана и других, обнаруженных за пределами Солнечной системы. Данные, описанные в этой работе, стали первыми испытаниями предсказаний, сделанных еще в ранние дни квантовой механики, более 80 лет назад, которая обычно используется для описания материи в центрах планет и звезд. Хотя совпадения в новых данных и прогнозах есть, обнаружены и важные расхождения, которые показывают возможные скрытые характеристики алмазов, сжатых в таких условиях.
Исследователи могут точно воссоздать и измерить свойства материала, которые контролируют эволюцию планеты с течением времени, что очень важно для понимания того, как формируются такие массивные объекты. Это исследование сосредоточено на углероде, четвертом элементе по степени распространенности в космосе (после водорода, гелия и кислорода), который играет важную роль для многих планет в нашей Солнечной системе и за ее пределами. Исследование было опубликовано 17 июля в журнале Nature.
Используя самый большой в мире лазер Национальной лаборатории зажигания в Ливерморской национальной лаборатории, команды из Калифорнийского университета в Беркли и Принстонского университета подвергали образцы давлению, превышающему атмосферное давление Земли в 50 миллионов раз, что сопоставимо с давлением в центре Юпитера и Сатурна. Из 192 лазеров Национальной лаборатории зажигания команда использовала 176, чередуя энергию в зависимости от времени, чтобы произвести волну давления и сжать материал за короткое время. Образец — алмаз — испарился менее чем за 10 миллиардных долей секунды.
Хотя алмаз является наименее сжимаемым материалом из известных, исследователи смогли сжать его до беспрецедентной плотности, превышающей плотность свинца при обычных условиях.
«Экспериментальные методы, разработанные здесь, обеспечивают новые возможности для экспериментального воспроизведения давления и температурных условий внутри планеты», — рассказал Рэй Смит, физик Ливерморской национальной лаборатории и ведущий автор работы.
Такие нагрузки достигались и раньше, но с использованием ударных волн, которые тоже создают высокую температуру — в сотни тысяч градусов или больше — что не вполне естественно для планетарных интерьеров. Техническая проблема заключалась в том, чтобы сохранять достаточно низкую температуру, которая будет соответствовать планетарной. При помощи изменения интенсивности лазера с течением времени, проблема была решена.
«Эта новая возможность исследования материи при атомарных давлениях накладывает новые ограничения на теории плотных материй и модели планетарной эволюции», — говорит Рип Коллинс, другой физик, участвовавший в работе.
Будущие эксперименты Национальной лаборатории зажигания будут направлены на дальнейшее раскрытие этих тайн.
