भौतिकविदों चरम कण, विदेशी ग्रह के अंदर छिपे हुए क्रिस्टल को समझने के लिए हाथापाई करते हैं

विदेशी दुनिया के दिल में गहरी, क्रिस्टल पृथ्वी के वायुमंडलीय दबाव की तुलना में 40 मिलियन गुना अधिक दबाव में बनते हैं, और हमारे ग्रह के कोर में दबाव की तुलना में 10 गुना अधिक तीव्र हैं। उन्हें बेहतर तरीके से समझना हमारी आकाशगंगा में कहीं और जीवन की खोज करने में हमारी मदद कर सकता है।

अभी, वैज्ञानिक इन रहस्यमय क्रिस्टल के बारे में लगभग कुछ भी नहीं जानते हैं। वे नहीं जानते कि वे कैसे और कब बनाते हैं, वे क्या दिखते हैं या वे कैसे व्यवहार करते हैं। लेकिन उन सवालों के जवाब उन दुनिया की सतहों के लिए भारी निहितार्थ हो सकते हैं - चाहे वे या तो बहती मैग्मा या बर्फ में ढंके हों, या अपने मेजबान सितारों से विकिरण के साथ बमबारी कर रहे हों। जवाब में, इन ग्रहों के जीवन को नुकसान पहुंचाने की संभावना को प्रभावित कर सकता है।

इन एक्सोप्लैनेट्स के अंदरूनी हिस्से हमारे लिए रहस्यमय हैं क्योंकि, हमारे सौर मंडल में, ग्रह पृथ्वी और मंगल की तरह छोटे या चट्टानी हैं, या शनि और बृहस्पति की तरह बड़े और गैसी हैं। लेकिन हाल के वर्षों में, खगोलविदों ने पाया है कि तथाकथित "सुपर-अर्थ" - विशाल चट्टानी ग्रह - और "मिनी-नेप्च्यून्स" - हमारे सौर मंडल में मौजूद छोटे गैस ग्रह - हमारी आकाशगंगा के बाकी हिस्सों में अधिक सामान्य हैं।

क्योंकि इन ग्रहों को केवल अपने मेजबान सितारों से आने वाले प्रकाश में बेहोश झिलमिलाहट के रूप में देखा जा सकता है, उनके बारे में बहुत कुछ रहस्यमय बना हुआ है। क्या वे सुपरडेंस या सुपरवाइड हैं? उनकी सतह किससे बनी होती है? क्या उनके पास चुंबकीय क्षेत्र हैं? उन सवालों के जवाब, यह पता चला है, पर निर्भर करता है कि कैसे रॉक और लोहे में उनके ultrapressurized कोर व्यवहार करते हैं।

वर्तमान विज्ञान की सीमा

अभी, एक्सोप्लैनेट्स के बारे में हमारी समझ ज्यादातर अपने स्वयं के सौर मंडल में ग्रहों के बारे में जो हम जानते हैं, उसे ऊपर या नीचे करने पर आधारित है, कनाडा में टोरंटो विश्वविद्यालय में एक ग्रह वैज्ञानिक डायना वालेंसिया ने कहा, जिन्होंने अमेरिकी की मार्च की बैठक में बुलाया था फिजिकल सोसाइटी (एपीएस) खनिज भौतिकविदों के लिए इन विदेशी एक्सोप्लैनेटरी सामग्रियों का पता लगाने के लिए।

स्केलिंग-अप दृष्टिकोण के साथ समस्या यह है कि आप वास्तव में यह नहीं समझ सकते कि लोहे को पृथ्वी के कोर के दबाव को केवल गुणा करके 10 गुना कैसे व्यवहार किया जाएगा, उसने कहा। उन भारी दबावों पर, रसायनों के गुण मौलिक रूप से बदलते हैं।

"हम सुपर-अर्थ के अंदर क्रिस्टल को खोजने की उम्मीद करेंगे, जो पृथ्वी में मौजूद नहीं है, या प्रकृति में कहीं और नहीं है, उस मामले के लिए," लार्स स्टिक्स्रूड, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स में एक सैद्धांतिक खनिज भौतिक विज्ञानी ने कहा है, जिन्होंने किया है इन चरम सामग्रियों के गुणों की गणना करने के लिए बुनियादी सैद्धांतिक कार्य। "ये परमाणुओं की अनूठी व्यवस्था होगी जो केवल बहुत उच्च दबाव में मौजूद हैं।"

ये अलग-अलग व्यवस्थाएं हैं, उन्होंने लाइव साइंस को बताया, क्योंकि भारी दबाव मौलिक रूप से बदलते हैं कि परमाणु कैसे एक साथ बांधते हैं। पृथ्वी की सतह पर और यहां तक ​​कि हमारे ग्रह के अंदर भी, परमाणु अपने बाहरी गोले में केवल इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके लिंक करते हैं। लेकिन सुपर-अर्थ दबाव में, परमाणु नाभिक के करीब इलेक्ट्रॉनों को शामिल किया जाता है और सामग्री के आकार और गुणों को पूरी तरह से बदल देता है।

और वे रासायनिक गुण पूरे ग्रहों के व्यवहार को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक जानते हैं कि सुपर-अर्थ्स बहुत अधिक गर्मी में फंसते हैं। लेकिन वे यह नहीं जानते हैं कि - और इस सवाल के जवाब में उन ग्रहों के ज्वालामुखी और प्लेट टेक्टोनिक्स के प्रमुख निहितार्थ हैं। पृथ्वी के आंतरिक दबावों में, हल्के तत्व लोहे के कोर के साथ मिल जाते हैं, जो ग्रह के चुंबकीय क्षेत्र को प्रभावित करते हैं - लेकिन उच्च दबावों में ऐसा नहीं हो सकता है। यहां तक ​​कि सुपर-अर्थ का भौतिक आकार उनके कोर में यौगिकों के क्रिस्टल संरचना पर निर्भर करता है।

लेकिन इस तरह के ग्रहों के बिना हमारे अपने सौर मंडल में करीब अध्ययन करने के लिए, वालेंसिया ने कहा, वैज्ञानिकों को इन प्रकार के सवालों का जवाब देने के लिए बुनियादी भौतिक गणना और प्रयोगों की ओर मुड़ना होगा। लेकिन उन गणनाओं में अक्सर खुले-आम जवाब दिए जाते हैं, स्टिक्रूड ने कहा। प्रयोगों के लिए के रूप में?

"वे दबाव और तापमान आज हमारे पास मौजूद अधिकांश प्रौद्योगिकी और प्रयोगों की क्षमता से परे हैं," उन्होंने कहा।

नियमित पृथ्वी पर एक सुपर-पृथ्वी का निर्माण

पृथ्वी पर, सबसे चरम दबाव प्रयोगों में दो औद्योगिक हीरों के तीखे बिंदुओं के बीच छोटे नमूनों को कुचलने का काम शामिल है।

उन्होंने कहा कि वे हीरे सुपर-पृथ्वी के दबाव तक पहुंचने से बहुत पहले बिखर जाते हैं। हीरे की सीमाओं के आसपास पाने के लिए, भौतिक विज्ञानी डायनेमिक-संपीड़न प्रयोगों की ओर रुख कर रहे हैं, प्रिंसटन विश्वविद्यालय में खनिज भौतिक विज्ञानी टॉम डफी और उनकी टीम द्वारा प्रदर्शन किए गए।

ये प्रयोग अधिक सुपर-अर्थ-जैसे दबाव उत्पन्न करते हैं, लेकिन केवल एक सेकंड के अंश के लिए।

वालेंसिया ने लाइव साइंस को बताया, "डफी ने एपीएस के सत्र की अध्यक्षता की," डफी ने कहा, "विचार यह है कि आप बहुत उच्च शक्ति वाले लेजर के साथ एक नमूने को विकिरणित करते हैं, और आप तेजी से उस नमूने की सतह को गर्म करते हैं और आप एक प्लाज्मा को उड़ा देते हैं।"

सैंपल के बिट्स, अचानक गर्म हो गए, सतह से ब्लास्ट हो गए, जिससे एक प्रेशर वेव बन गया जो सैंपल से होकर जाता है।

"यह वास्तव में एक रॉकेट जहाज प्रभाव की तरह है," डफी ने कहा।

उन्होंने कहा कि नमूने छोटे हैं - लगभग सपाट और सतह क्षेत्र में मिलीमीटर वर्ग के बारे में, उन्होंने कहा। और पूरी बात नैनोसेकंड की बात है। जब दबाव की लहर नमूने के पीछे पहुँचती है, तो पूरी चीज़ बिखर जाती है। लेकिन उन संक्षिप्त दालों के दौरान सावधानीपूर्वक टिप्पणियों के माध्यम से, डफी और उनके सहयोगियों ने पहले के अनसुने दबावों के तहत घनत्व और यहां तक ​​कि लोहे और अन्य अणुओं की रासायनिक संरचनाओं का पता लगाया है।

अभी भी कई अनुत्तरित प्रश्न हैं, लेकिन क्षेत्र में ज्ञान की स्थिति तेजी से बदल रही है, वालेंसिया ने कहा। उदाहरण के लिए, सुपर-अर्थ (जो वेलेंसिया में फरवरी 2007 में द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल में हार्वर्ड में स्नातक छात्र के रूप में प्रकाशित हुआ) की संरचना पर पहला पेपर पुराना है क्योंकि भौतिकविदों ने हमारे अपने ग्रह के अंदर रसायनों के बारे में नई जानकारी प्राप्त की है।

इन सवालों का जवाब देना महत्वपूर्ण है, डफी ने कहा, क्योंकि वे हमें बता सकते हैं कि क्या दूर की दुनिया में प्लेट टेक्टोनिक्स, बहते हुए मैग्मा और चुंबकीय क्षेत्र जैसी विशेषताएं हैं - और इसलिए, क्या वे जीवन का समर्थन कर सकते हैं।