Przejdź do treści

Skład chemiczny egzoplanet może być inny niż Ziemi

Struktura krystaliczna nadtlenku magnezu
Podczas gdy astronomowie wciąż znajdują nowe planety skaliste krążące wokół odległych gwiazd fizycy analizują jak mogą wyglądać wnętrza tych planet i jak bardzo ich skład chemiczny może się różnić od wnętrza Ziemi. Nowe prace zespołu składającego się z trzech naukowców z Carnegie wykazują, że we wnętrzach egzoplanet może być dużo więcej związków magnezu niż w Ziemi. Wyniki ich prac zostały opublikowane w czasopiśmie Scientific Reports.

Tlen i magnez to dwa najobficiej występujące pierwiastki w płaszczu Ziemi. Niemniej jednak gdy naukowcy próbują przewidzieć skład chemiczny skalistych planet typu ziemskiego poza naszym Układem Słonecznym, nie powinni zakładać, że płaszcze tych planet będzie charakteryzowała taka sama mineralogia jak na Ziemi - tak twierdzą Sergiej Lobanov, Nicholas Holtgrewe i Alexander Goncharov z Carnegie.

Wiadomo, że gwiazdy wokół których krążą planety skaliste różnią się między sobą składem chemicznym. To oznacza, że mineralogia tych planet prawdopodobnie także wykazuje różnorodność, a tym samym odmienność także od ziemskiej. Przykładowo, wiele gwiazd wokół których krążą planety skaliste wykazuje wyższą zawartość tlenu. Z tego też powodu, więcej tlenu może znajdować się także we wnętrzach tych planet ponieważ skład chemiczny gwiazdy wpływa na skład chemiczny planet powstałych w jej otoczeniu. Jeżeli zawartość tlenu w planecie jest wyższa niż na Ziemi, skład chemiczny związków tworzących jej wnętrze także jest inny. Związki magnezu - będące tematem badań zespołu - także mogą być inne.

Tlenek magnezu, MgO, to związek niesamowicie stabilny nawet pod dużym ciśnieniem. Co więcej jest to związek niereaktywny w warunkach występujących w płaszczu Ziemi. W przeciwieństwie do niego nadtlenek magnezu, MgO2, może powstać w laboratorium w warunkach dużej zawartości tlenu jednak jest bardzo niestabilny podczas podgrzewania, które ma miejsce we wnętrzu planety.

Wcześniejsze obliczenia teoretyczne wskazywały, że nadtlenek magnezu może stać się stabilny w warunkach wysokiego ciśnienia. Idąc dalej, zespół postanowił przetestować, czy stabilny nadtlenek magnezu może być syntetyzowany w ekstremalnych warunkach podobnych do wnętrza planety.

Korzystając z ogrzewanej laserem komory diamentowej umieszczano niewielkie próbki tlenku magnezu oraz tlenu  w różnych ciśnieniach odzwierciedlających wnętrza planet (od ciśnienia otoczenia do 1.6 mln razy większego (0-160 GPa) oraz temperaturach powyżej 2000 K. Okazało się, że przy ciśnieniu 950 000 razy większym od normalnego (96 GPa) i temperaturze 2150 K tlenek magnezu reagował z tlenem syntetyzując nadtlenek magnezu.

"Uzyskane przez nas wyniki sugerują, że nadtlenek magnezu może obficie występować w wyjątkowo tlenowych płaszczach i jądrach planet skalistych poza Układem Słonecznym," mówi Lobanov, główny autor artykułu. "Istotnym jest abyśmy rozwijając teorie dotyczące odległych planet nie zakładali, że ich skład chemiczny i mineralogia jest taka sama jak na Ziemi."

"Owe wyniki ponownie pokazują, że eksperymenty prowadzone przez laboratoria wysokich ciśnień mogą nas wiele nauczyć nie tylko o Ziemi, lecz także o bardzo odległych światach," dodaje Goncharov.

Źródło: Scientific Reports / phy.so

Reklama