Forskere leder undersøgelse af galaksers vandverdener

Astrofysiske observationer har vist, at Neptun-lignende vandrige exoplaneter er almindelige i vores galakse. Disse "vandverdener" menes at være dækket af et tykt lag vand, hundreder til tusinder af miles dyb, over en stenet kappe.

Mens vandrige exoplaneter er almindelige, deres sammensætning er meget forskellig fra jorden, så der er mange ubekendte med hensyn til disse planeters struktur, sammensætning og geokemiske kredsløb.

I forsøget på at lære mere om disse planeter, et internationalt team af forskere, ledet af Arizona State University, har leveret en af ​​de første mineralogiske laboratorieundersøgelser for vandrige exoplaneter. Resultaterne af deres undersøgelse er for nylig blevet offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

"At studere de kemiske reaktioner og processer er et væsentligt skridt i retning af at udvikle en forståelse af disse almindelige planettyper, " sagde medforfatter Dan Shim, fra ASU's School of Earth and Space Exploration.

Den generelle videnskabelige formodning er, at vand og klippe danner separate lag i det indre af vandverdener. Fordi vand er lettere, under vandlaget i vandrige planeter, der skal være et stenet lag. Imidlertid, det ekstreme tryk og temperatur ved grænsen mellem vand og klippelag kan fundamentalt ændre disse materialers adfærd.

For at simulere dette høje tryk og temperatur i laboratoriet, hovedforfatter og forsker Carole Nisr udførte eksperimenter på Shim's Lab for Earth and Planetary Materials på ASU ved hjælp af højtryksdiamant-amboltceller.

Til deres eksperiment, holdet nedsænkede silica i vand, komprimerede prøven mellem diamanter til et meget højt tryk, opvarmede derefter prøven med laserstråler til over et par tusinde grader Fahrenheit.

Holdet udførte også laseropvarmning på Argonne National Laboratory i Illinois. For at overvåge reaktionen mellem silica og vand, Røntgenmålinger blev taget, mens laseren opvarmede prøven ved høje tryk.

Det, de fandt, var en uventet ny fast fase med silicium, brint og ilt tilsammen.

"Oprindeligt, man troede, at vand- og stenlag i vandrige planeter var godt adskilte, " sagde Nisr. "Men vi opdagede gennem vores eksperimenter en hidtil ukendt reaktion mellem vand og silica og stabiliteten af ​​en fast fase groft sagt i en mellemsammensætning. Forskellen mellem vand og sten så ud til at være overraskende 'fuzzy' ved højt tryk og høj temperatur."

Forskerne håber, at disse resultater vil fremme vores viden om strukturen og sammensætningen af ​​vandrige planeter og deres geokemiske kredsløb.

"Vores undersøgelse har vigtige implikationer og rejser nye spørgsmål for den kemiske sammensætning og struktur af det indre af vandrige exoplaneter, " sagde Nisr. "Den geokemiske cyklus for vandrige planeter kan være meget anderledes end klippeplaneternes, såsom Jorden."