科学者たちは岩だらけの太陽系外惑星の内部構造を調査しています

天文観測の進歩により、多数の太陽系外惑星が発見されました。そのうちのいくつかは、地球と同様の岩石組成を持っていると考えられています。それらの内部構造を研究することは、それらの潜在的な居住性についての重要な手がかりを提供することができます。

ローレンスリバモア国立研究所（LLNL）が率いる研究チームは、腸内に見られる可能性のある極端な圧力と温度の下で、地球のマントルの構成要素である酸化鉄の特性を研究することにより、これらの秘密のいくつかを明らかにしようとしています。これらの大きくて岩だらけの太陽系外惑星の。彼らの実験結果は、NatureGeoscience誌に掲載されました。

「利用できるデータの量が限られているため、岩石の太陽系外惑星の内部構造のほとんどのモデルは、ケイ酸塩と酸化物が優勢なマントルに囲まれた鉄のコアで構成される、地球のスケーリングされたバージョンを想定しています。ただし、このアプローチでは、地球内部に存在する圧力を超える圧力で発生する可能性のある構成材料のさまざまな特性がほとんど無視されます」と、LLNLの物理学者で研究の筆頭著者であるフェデリカコッパリは述べています。

自然界で岩石であると信じられているものを含む、確認された太陽系外惑星の数が増えるにつれ、それらの惑星の構成要素がそのような体の奥深くでどのように振る舞うかをよりよく理解することが不可欠です。

ロチェスター大学のオメガレーザーで巨大なレーザーを使用して、研究者たちは酸化鉄サンプルをほぼ7メガバール（またはMbar-地球の大気圧700万）に圧縮しました。

彼らは、圧縮されたサンプルのX線回折画像をキャプチャできるように十分に明るい短いX線パルスを作成するために、小さな金属箔に追加のレーザーを向けました。

「ピーク圧力は10億分の1秒以下に維持されるため、正確なタイミングが重要です」と科学者は言います。 X線回折は、原子間の距離とそれらが結晶格子にどのように配置されているかを測定するのに非常に適しているため、研究者は、酸化鉄が3 Mbarを超える圧力（地球の内核の圧力）に圧縮されると、原子がより密に詰まっている別の段階に入ります。

「地球内部で見られるものを超える条件下で高圧酸化鉄構造を見つけることは非常に興味深いです。なぜなら、この形態は環境条件や地球のマントルで見られる結晶構造よりもはるかに低い粘度を持つと予想されるからです」とフェデリカは言います。コッパリ。

チームは、新しいデータを、岩石惑星のもう1つの重要な要素である酸化マグネシウムの以前の測定値と組み合わせることにより、酸化鉄の相転移が混合能力にどのように影響するかを理解するためのモデルを構築しました。

彼らは、大きな地球型外惑星のマントルは、おそらく非常に異なる粘度、電気伝導率、およびレオロジー特性で、一般的に想定されているものとは非常に異なる可能性があることを発見しました。

大きくて岩だらけのスーパーアース内で予想されるより極端な条件は、構成物質が地球のマントルとはまったく異なる方法で混合（または混合しない）、流動、変形する、新しく複雑な鉱物学を促進しています」と研究者は述べています。 。 「混合は、惑星の形成と進化に役割を果たすだけでなく、レオロジーと導電率にも劇的な影響を及ぼします。これらは、最終的にはその居住性に関連しています。

今後、この研究は、前例のない圧力と温度条件下での構成材料の混合特性を理解することを目的とした、さらなる実験的および理論的研究を刺激することが期待できます。

フェデリカ・コッパリは、極端な条件下での物質について、さらには惑星の形成と進化について学ぶことがたくさんあると言います。私たちの実験室での実験が、これまでにない解像度で惑星の内部構造を覗き込み、宇宙のより深い理解に貢献できることは驚くべきことです。