Bilim İnsanları, Bir Gezegenin Süper Sıcak Çekirdeğini Simüle Etmek İçin Dev Lazerler Kullandılar

Erimiş bir çekirdek, Dünya'daki yaşamı koruyan manyetik alanını yaratır.

Science dergisinde yayınlanan bir araştırmaya göre, daha büyük kayalık ötegezegenlerin erimiş çekirdekleri, küçük dünyalardakilerden daha uzun süre sıcak kalmalı. Bu, yıldızlararası kaşifler için iyi bir haber çünkü bir gezegende yaşamın gelişmesi için muhtemelen erimiş bir çekirdek gereklidir.

Ötegezegenlerin bu özelliğinin belirlenmesi, devasa lazerler ve benzeri görülmemiş bir baskı altına yerleştirilmiş inanılmaz derecede ince bir demir şeridi ile bir deney gerektirdi. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda araştırmayı yöneten fizikçi Rick Kraus, "Çok fazla gezegen buluyoruz ve insanların sahip olduğu büyük sorulardan biri şu: Bu gezegenler potansiyel olarak yaşanabilir mi?" diyor.

Bu soruyu yanıtlamak için araştırmacılar normalde bir gezegenin çekirdeğini düşünmekle işe başlamazlar. Bunun yerine, gezegenin yıldızından doğru uzaklıkta olup olmadığını veya su olup olmadığını sorgularlar. Ancak Kraus ve ekibi, bir gezegenin yaşanabilir olup olmadığını anlamanın başka yollarını bulmak istedi.

Kraus ve ekibi, bir gezegenin bir manyetosfer (güneş radyasyonundan koruyan bir manyetik alan) oluşturma yeteneğini araştırdı. Bildiğimiz yaşam, Dünya'nın manyetik alanı olmadan mümkün olmazdı.

Manyetik alanlar, erimiş gezegen çekirdeklerinin bir sonucudur. Dünya, çoğunlukla demirden oluşan, katı bir iç çekirdeğe ve sıvı bir dış çekirdeğe bölünmüş bir çekirdeğe sahiptir. Dünyanın manyetik alanına, sıvı demirin konveksiyonu neden olur. Daha soğuk, daha yoğun sıvı alanlar dibe çökerken, daha sıcak olanlar bir lav lambasındaki balmumu gibi yükselir.

Bir ötegezegenin çekirdeğini laboratuvarda incelemek zordur çünkü bu kadar yoğun basınç ve sıcaklıkları yeniden oluşturmanın çok az yolu vardır. Kraus, bunun, Dünya'nın çekirdeğindeki basınçları aşan basınçlar altında demiri kullanan ilk deney olduğunu söylüyor. Bu uç noktalara ulaşmak için ekibin bazı büyük lazerlere, özellikle de büyük lazerlerin uzmanlık alanı olduğu Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki Ulusal Ateşleme Tesisine ihtiyacı vardı.

Deneyde, bu lazerler çok katmanlı bir demir örneğini patlattı. Kraus, metalin bir kısmının berilyum katmanları ve süper ince bir demirden oluşurken, diğer yarısını ise bir parça şeffaf lityum florürün oluşturduğunu söylüyor. Dış berilyum tabakası "saniyenin milyarda biri kadar bir zaman diliminde" binlerce derece ısındı ve sandviçin o tarafı bir plazmaya dönüştü. Plazma daha sonra genişleyerek numuneye yoğun bir şok dalgası gönderdi.

Bu süreç, bir gezegenin erimiş çekirdeğinden aşağı inerken bir sıcak demir bölümünün bulunacağı koşulları taklit ediyor. Carnegie Science'ta Dünya'nın ve diğer gezegenlerin çekirdeğini modelleyen ve çalışmaya dahil olmayan jeofizikçi Peter Driscoll, bunun incelenmesi zor bir süreç olduğunu belirtiyor.

Numune tepe basınçlara ulaştığında, demirin bu yüksek basınç ve sıcaklıklardaki davranışlarını anlamaya yardımcı olan başka bir cihaz, demirin kilit zamanlarda katı mı yoksa sıvı mı kaldığını test etti.

Kraus, ekibin "basıncı artırdıkça sıcaklığın oldukça hızlı arttığını" bulduğunu söylüyor. Ötegezegenler için bu, büyüdükçe çekirdeklerinin katılaşmasının daha uzun süreceği anlamına geliyor. Dünya'nın kütlesinin dört ila altı katı arasında olan süper Dünyalarda bu sürenin en uzun olacağını söylüyor. Ekip, Dünya'nın çekirdeğinin katılaşmasının toplam 6 milyar yıl alacağını, oysa Dünya'ya benzer bileşimdeki büyük ötegezegenlerdeki çekirdeklerin yüzde 30'a kadar daha uzun süreceğini tahmin ediyor.

Driscoll, demirin aşırı koşullarda nasıl eridiğini ölçmek çok önemlidir çünkü size bir gezegenin çekirdeğinin katılaşıp katılaşmayacağını ve nasıl katılaşacağını söyler, diyor. Dünya'nın katı iç çekirdeği ile sıvı dış çekirdeği arasındaki sınırda bile, bilim adamları sıcaklığın tam olarak ne olduğunu bilmiyorlar ancak güneş yüzeyine yakın olduğu tahmin ediliyor yani kabaca 10.000 ° F.

Driscoll ayrıca ötegezegenlerin ne kadar soğuduğunu tahmin etmek de zor olacak çünkü çekirdeği çevreleyen sıcak kaya tabakası olan manto, çekirdeğin ne kadar hızlı soğuyabileceği konusunda büyük bir rol oynuyor ve bu ötegezegen mantoları "hemen hemen her şeyden" oluşabilir, diyor.

Driscoll, Venüs'ün bu kopukluğun en iyi örneği olduğunu söylüyor. Kâğıt üzerinde bileşimi Dünya'nınkine çok benzer, ancak bir manyetik alan ve plaka tektoniğinden yoksundur.

Çekirdekteki malzemenin ısı veya elektrik akışına ne kadar iyi izin verdiği gibi diğer faktörler de bir manyetosferin oluşup oluşmayacağını etkileyebilir. Ancak bu özelliklerin ölçülmesi zordur, Dünya'da bile bilim adamları, ancak son 10 yılda Dünya'nın çekirdeğinden geçen ısı akışını ölçmeyi başardılar.