TiaSang
Thứ 6, Ngày 5 tháng 3 năm 2021
Đổi mới sáng tạo

Các tia laser khổng lồ nén ô xít sắt, tiết lộ bí mật của các ngoại hành tinh giống trái đất

15/02/2021 08:30 -

Những tiên tiến trong quan sát thiên văn đã đem đến khám phá về một số lượng khác thường các ngoại hành tinh ngoài hệ mặt trời, một số trong đó được tin là có một thành phần đất đá tương tự trái đất. Việc nghiên cứu về cấu trúc bên trong của chúng có thể đem lại những manh mối quan trọng về tiềm năng có thể có sự sống của chúng.

Do Phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ Lawrence Livermore (LLNL) dẫn dắt, một nhóm các nhà khoa học có mục tiêu khám phá một số bí mật đó thông qua việc hiểu về các đặc tính của ô xít sắc – một trong những hợp phần của lớp bao phủ trái đất – tại một mức áp suất và nhiệt độ cực đại như áp suất bên trong các ngoại hành tinh ngoài hệ mặt trời. Kết quả nghiên cứu từ thực nghiệm của họ đã được xuất bản trên Nature Geoscience “Implications of the ironoxide phase transition on the interiors of rocky exoplanets” (Những chỉ dấu về chuyển pha ô xít sắt ở trong lõi các ngoại hành tinh giống trái đất).

“Do giới hạn của các dữ liệu hiện có nên phần lớn các mô hình cấu trúc bên trong của các ngoại hành tinh đất đá được dự đoán là một phiên bản mở rộng của trái đất, bao gồm một lõi sắt, xung quanh là một lớp vỏ phần lớn là silicate và ô xít. Tuy nhiên cách tiếp cận này đã làm mất đi những đặc tính khác của những vật liệu thành phần có thể có tại mức áp suất vượt quá mức áp suất ở lõi trái đất”, Federica Coppari, một nhà vật lý tại LLNL và là tác giả chính của nghiên cứu, nói. “Với con số không ngừng gia tăng của các ngoại hành tinh được xác nhận, bao gồm những ngoại hành tinh được tin là có bản chất tương tự trái đất, đã tới mức có được hiểu biết sâu hơn về cách các khối tự nhiên của những ngoại hành tinh này hành xử sâu bên trong nó”.

Sử dụng những tia laser khổng lồ tại Cơ sở Laser Omega thuộc trường đại học Rochester, các nhà nghiên cứu ép một mẫu ô xít sắt tới gần 7 megabars (Mbar – gấp 7 triệu lần áp suất khí quyển trên trái đất), những điều kiện được chờ đợi là tồn tại ở bên trong lõi các ngoại hành tinh giống trái đất có khối lượng gấp năm lần trái đất. Họ chiếu thêm các tia laser vào một tấm nền kim loại nhỏ để tạo ra một xung tia X ngắn, đủ sáng để giúp chúng bắt nhiễu xạ tia X của mẫu nén đó.

TS. Coppari  và đồng nghiệp. Nguồn: LLLP

“Thời gian chính xác tới hạn khi trạng thái áp suất đỉnh được giữ trong khoảng thời gian không dà hơn một phần tỉ giây”, Coppari nói. Bởi vì nhiễu xạ tia X phù hợp để đem lại một đo đạc khoảng cách giữa các nguyên tử và cách chúng sắp xếp vào một mạng tinh thể, nhóm nghiên cứu đã phát ra khi ô xít sắt được nén gần 3 Mbar – áp suất bên trong lõi trái đất – nó chuyển sang một pha khác, nơi các nguyên tử được “đóng gói” một cách đậm đặc hơn.

“Phát hiện ra cấu trúc ô xít sắt ở mức áp suất cao tại những điều kiện vượt quá những gì tồn tại bên trong trái đất là điều vô cùng thú vị bởi hình thức này được chờ đợi là có độ nhớt thấp hơn nhiều so với cấu trúc tin thể được tìm thấy trong những điều kiện xung quanh và trong lớp vỏ trái đất”, Coppari nói.

Kết họp dữ liệu mới với những đo đạc trước đó về ô xít từ, hợp phần quan trọng khác của các ngoại hành tinh tương tự trái đất, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình để hiểu cách chuyển pha trong ô xít sắt có thể ảnh hưởng đến khả năng của chúng để kết nối hai phần này với nhau. Nhờ vậy họ đã phát hiện ra lớp vỏ của các ngoại hành tinh giống trái đất có thể vô cùng khác biệt so với những gì đã dự báo, như có độ nhớt khác biệt, độ dẫn điện khác biệt và các đặc tính lưu biến.

“Những điều kiện cực đoan được chờ đợi bên trong các ngoại hành tinh lớn hơn trái đất thuận lợi cho việc xuất hiện một khoáng chất mới phức hợp, nơi vật liệu thành phần được hòa trộn (hoặc không), chảy và biến dạng theo một cách hoàn toàn khác lớp vỏ trái đất”, Coppari nói. “Việc hòa trộn không chỉ đóng vai trò hình thành và tiến hóa của hành tinh mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến tĩnh lưu biến và độ dẫn, vốn cuối cùng liên quan đến khả năng xuất hiện sự sống”.

Nhìn về phía trước, nghiên cứu này được chờ đợi khuyến khích hơn nữa các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để nhằm hiểu sâu hơn các đặc tính hỗn hợp của các vật liệu thành phần tại những điều kiện áp suất và nhiệt độ chưa từng thấy.  

“Vẫn còn nhiều điều cần nghiên cứu nhiều hơn để hiểu về các vật liệu tại các điều kiện cực đoan và thậm chí để hiểu hơn về sự hình thành và tiến hóa của các hành tinh”, cô nói. “Thật sự kinh ngạc khi nghĩ rằng các thí nghiệm của chúng tôi có thể nhìn vào được cấu trúc bên trong của các hành tinh ở rất xa với độ phân giải chưa từng có và góp phần đem lại hiểu biết sâu sắc hơn về vũ trụ của chúng ta”.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồnhttps://phys.org/news/2021-02-lab-team-giant-lasers-compress.html

https://www.nature.com/articles/s41561-020-00684-y

 

Tags: