Studi tersebut menjelaskan eksperimen laser daya tinggi generasi baru yang memberikan persamaan keadaan absolut pertama untuk besi dalam kondisi tekanan dan kepadatan yang ekstrim.
Sekelompok peneliti dari Livermore National Laboratory. Lawrence (LLNL), Universitas Princeton, Universitas Johns Hopkins dan Universitas Rochester (AS) untuk pertama kalinya secara eksperimental menentukan ketergantungan radius-massa planet logam hipotetis dengan sifat-sifat inti super-Bumi. Karya ilmuwan disajikan dalam jurnal Nature Astronomy.
“Penemuan sejumlah besar planet di luar tata surya adalah salah satu penemuan ilmiah paling menarik dari generasi ini. Studi ini menimbulkan pertanyaan mendasar. Apa sajakah jenis planet ekstrasurya, dan bagaimana mereka terbentuk dan berevolusi? Manakah dari objek berikut yang dapat mempertahankan kondisi kehidupan yang dapat diterima di permukaan? Untuk mengatasi masalah ini, Anda perlu memahami komposisi dan struktur internal objek ini,”kata Ray Smith, fisikawan di LLNL dan penulis utama studi tersebut.
Hasilnya dapat digunakan untuk memperkirakan komposisi planet ekstrasurya berbatu besar, membentuk dasar untuk model kedalaman planet masa depan, yang pada gilirannya dapat digunakan untuk menafsirkan data pengamatan dari misi luar angkasa Kepler secara lebih akurat dan membantu menentukan planet layak huni.
Diketahui bahwa lebih dari 4.000 exoplanet dan kandidat untuk peran ini, yang paling umum adalah yang melebihi radius Bumi sebanyak 1-4 kali. Dunia luar surya seperti itu tidak terwakili dalam sistem kami. Ini menunjukkan bahwa planet-planet terbentuk dalam rentang kondisi fisik yang lebih luas daripada yang diperkirakan sebelumnya. Menentukan struktur internal dan komposisi super-Earth memang menantang, tetapi penting untuk memahami keragaman dan evolusi sistem planet di galaksi kita.
Karena tekanan di inti planet ekstrasurya 5 kali massa Bumi dapat mencapai dua juta atmosfer, persyaratan mendasar untuk membatasi komposisi eksoplanet dan struktur internalnya adalah menentukan secara akurat sifat material di bawah tekanan ekstrem. Besi adalah komponen dominan inti planet dari planet mirip bumi. Pemahaman mendetail tentang sifat-sifat besi dalam kondisi super-bumi menjadi tantangan besar dalam penelitian tim Ray Smith.
Para ilmuwan telah menggambarkan generasi baru eksperimen laser yang kuat yang memberikan persamaan keadaan absolut pertama untuk besi di bawah tekanan dan kepadatan ekstrim di inti super-Bumi. Metode ini cocok untuk mengompresi materi dengan pemanasan minimal hingga tekanan 1 terapascal (1 TPa = 10 juta atmosfer).
Rekreasi inti bumi super di kamera NIF seperti yang dilihat oleh artis. Kredit: Mark Meamber (NIF).
Video promosi:
Percobaan dilakukan di LLNL National Ignition Complex (NIF). NIF, laser terbesar dan terkuat di dunia, dapat menghasilkan hingga 2 megajoule energi laser dalam 30 nanodetik dan memberikan daya laser yang diperlukan dan kontrol kompresi material hingga tekanan TPa. Percobaan tim mencapai tekanan puncak 1,4 TPa, empat kali tekanan dari hasil statis sebelumnya, yang menggambarkan kondisi dasar super-bumi 3-4 kali massa Bumi.
“Model perangkat planet internal yang didasarkan pada deskripsi material komposit pada tekanan ekstrim biasanya mengekstrapolasi data tekanan rendah dan membuat berbagai kemungkinan status material. Data eksperimental kami memberikan dasar yang kokoh untuk menentukan sifat-sifat super-bumi dan planet logam hipotetis. Selain itu, studi ini menunjukkan kemampuan untuk menentukan persamaan keadaan dan sifat termodinamika utama lainnya dari bahan inti planet pada tekanan jauh di atas metode statis konvensional. Informasi tersebut sangat penting untuk memperoleh pemahaman tentang struktur planet ekstrasurya berbatu besar dan evolusinya,”kata Ray Smith.
Eksperimen NIF di masa mendatang akan memperluas studi material di bawah beberapa tekanan TPa dengan menggabungkan teknik difraksi sinar-X nanodetik untuk menentukan evolusi struktur kristal sebagai fungsi tekanan.
Arina Vasilieva
