De enorme krachten die door de Z-machine in Sandia National Laboratories worden gegenereerd, worden gebruikt om de zwaartekracht op zogenaamde 'superaarde' te repliceren om te bepalen welke atmosferen mogelijk zijn die leven mogelijk maken.

Astronomen geloven dat er miljoenen superaarde-verzamelingen in onze melkweg zijn die tot acht keer groter zijn dan de aarde. "De vraag die voor ons ligt, is of een van deze superplaneten werkelijk aards is, met actieve geologische processen, atmosferen en magnetische velden, " zei Sandia-natuurkundige Joshua Townsend.

Het huidige werk bij Z staat beschreven in de Natuurcommunicatie . Onderzoekers in Sandia's Fundamental Science Program, werken met collega's van het Earth and Planets Laboratory van het Carnegie Institution for Science in Washington, gelijkstroom, gebruik maken van de krachten die beschikbaar zijn in Sandia's unieke krachtige Z-faciliteit om bijna onmiddellijk het equivalent van enorme zwaartekracht toe te passen op bridgmanite, ook bekend als magnesiumsilicaat, het meest voorkomende materiaal in vaste planeten.

de experimenten, zei Townsend, gaf geboorte aan een door gegevens ondersteunde tabel die laat zien wanneer het binnenste van een planeet solide zou zijn, vloeibaar of gasvormig onder verschillende drukken, temperaturen en dichtheden, en in welke voorspelde tijdspannes. Alleen een vloeibare kern - met metalen die over elkaar heen schuiven in omstandigheden die lijken op die van een aardse dynamo - produceert de magnetische velden die destructieve zonnewinden en kosmische stralen weg kunnen leiden van de atmosfeer van een planeet, het leven laten overleven. Deze kritieke informatie over magnetische veldsterkten geproduceerd door de kerntoestanden van superaarde met verschillende afmetingen was voorheen niet beschikbaar:kernen zijn goed verborgen door het grootste deel van de planeten eromheen, en dus niet zichtbaar op afstand. Voor onderzoekers die de voorkeur gaven aan aardse experimenten in plaats van beeldvorming over lange afstanden, er was niet voldoende druk beschikbaar totdat de capaciteiten van Z werden ingeschakeld.

Yingwei Fei, de corresponderende auteur van de huidige studie en senior stafwetenschapper bij Carnegie's Earth and Planets Laboratory, staat bekend om zijn vaardigheid in het synthetiseren van bridgmanite met grote diameter met behulp van multitonpersen met gesinterde diamanten aambeelden.

"Z heeft onze samenwerking een unieke tool gegeven die geen enkele andere techniek kan evenaren, voor ons om de extreme omstandigheden van het interieur van de superaarde te verkennen, " zei hij. "De ongekende gegevens van hoge kwaliteit van de machine zijn van cruciaal belang geweest voor het bevorderen van onze kennis van superaarde."

De prachtige zeven

Nadere analyse van de toestand van gasvormige en dichte materialen op specifieke superaardes leverde een lijst op van zeven planeten die mogelijk nader onderzoek waard zijn:55 Cancri e; Kepler 10b, 36b, 80e, en 93b; CoRoT-7b; en HD-219134b.

Sandia-manager Christopher Seagle, die met Fei aanvankelijk deze experimenten voorstelde, zei, "Deze planeten, waarvan we vonden dat het het leven zou ondersteunen, werden geselecteerd voor verder onderzoek omdat ze vergelijkbare verhoudingen hebben met de aarde in hun ijzer, silicaten en vluchtige gassen, naast binnentemperaturen die bevorderlijk zijn voor het behoud van magnetische velden voor bescherming tegen zonnewind."

De focus op supergrote, in plaats van klein, planeten zijn ontstaan ​​omdat grote zwaartekrachten betekenen dat atmosferen meer kans hebben om op lange termijn te overleven, zei Townsend.

Bijvoorbeeld, hij zei, "Omdat Mars kleiner was, het had om te beginnen een zwakker zwaartekrachtsveld. Toen de kern snel afkoelde, het verloor zijn magnetisch veld en zijn atmosfeer werd vervolgens weggenomen."

Z in actie

Voor deze experimenten is de Z-machine, met bedrijfsomstandigheden tot 26 miljoen ampère en honderdduizenden volt, creëert magnetische pulsen met een enorme kracht die stukjes koper en aluminium ter grootte van een creditcard versnellen, flyerplaten genoemd. Deze werden veel sneller voortgestuwd dan een geweerkogel in monsters van bridgmanite, het meest voorkomende mineraal op aarde. De bijna onmiddellijke druk van de krachtige interactie creëerde longitudinale en transversale geluidsgolven in het materiaal die onthullen of het materiaal vast blijft of verandert in een vloeistof of gas, zei Sandia-onderzoeker en papierauteur Chad McCoy. Met deze nieuwe resultaten onderzoekers kregen solide gegevens om anders theoretische planetaire modellen te verankeren.

Het technische artikel concludeert dat de zeer nauwkeurige dichtheidsgegevens en ongekend hoge smelttemperaturen die bij de Z-machine worden bereikt "benchmarks bieden voor theoretische berekeningen onder extreme omstandigheden".

Geconcludeerd Fei, "Onze samenwerking met Sandia-wetenschappers heeft geleid tot resultaten die meer academische verkenning van exoplaneten zullen aanmoedigen, wiens ontdekking de publieke verbeelding heeft veroverd."

"Dit werk identificeert interessante kandidaten voor exoplaneten om verder te verkennen, "Zei Seagle. "Z-schokcompressie plus Fei's ongebruikelijke vermogen om bridgmanite met grote diameter te synthetiseren, leiden tot een mogelijkheid om gegevens te verkrijgen die relevant zijn voor exoplaneten die nergens anders mogelijk zouden zijn."