2014.07.22. - Óriásbolygók magjának nyomását hozták létre a legnagyobb lézerrel

A világ legnagyobb lézerrendszerével realisztikus hőmérséklet mellett állították elő azt az elképzelhetetlenül nagy nyomást, ami az elméletek szerint az óriásbolygók, például a Jupiter vagy az Uránusz magjában uralkodik.

Az Amerikai Egyesült Államok Lawrence Livermore Nemzeti Laboratóriuma (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) munkatársainak először sikerült kísérleti úton olyan körülményeket előállítani, melyek az elméletek szerint az óriásbolygók, például a Jupiter, Uránusz, vagy az idegen naprendszerek behemót planétáinak mélyén uralkodnak. A kísérlet vezetője, Ray Smith (LLNL) szerint így képesek arra, hogy reprodukálják a bolygók magjában uralkodó viszonyokat és pontosan mérjék az ezek hatására kialakuló anyagok tulajdonságait, nem csak a planéták keletkezési körülményeiről, de a fejlődésükről is fontos információkhoz jutva így. Jelen kutatás a szénre, a hidrogén, a hélium és az oxigén utáni negyedik leggyakoribb elemre koncentrált, ami alapvető szerepet játszik nem csak a Naprendszer, de az idegen rendszerek több bolygótípusának esetében is.

Az LLNL, a University of California, Berkeley és a Princeton University kutatóiból álló csoport a világ legnagyobb lézerrendszerét, az LNLL NIF (National Ignition Facility) berendezését használta a földi légköri értéket 50 milliószorosan meghaladó nyomás előállítására, ami összemérhető a Jupiter és a Szaturnusz magjában uralkodó értékkel. A 192 darab lézerből 176 darabot vetettek be az anyagot csak rövid időre összepréselő nyomáshullámot létrehozó impulzus gerjesztéséhez. Az alkalmazott gyémántminta kevesebb mint 10 milliárdod másodperc alatt el is párolgott. Bár a gyémánt a legkevésbé összenyomható anyag, a kísérletben mégis sikerült az ólom adott környezeti körülmények közötti sűrűségénél nagyobb sűrűségűre préselni. (Normál körülmények között az ólom sűrűsége a gyémánténak körülbelül háromszorosa.)

Az LLNL NIF lézerrendszerének célkamrája. A balról benyúló hegyes objektum a tárgytartó, melynek a csúcsára helyezik el a milliméter méretű céltárgyat. A kutatók a kísérletek során értékes információkat gyűjtöttek az óriásbolygók belsejében uralkodó viszonyokkal kapcsolatban, ezt jelzi a Jupiter képe.
[Damien Jemison/LLNL]

Ilyen nagyságú nyomást egyébként már korábban is sikerült előállítani, de csak lökéshullámok segítségével, melyek mellékhatásként több százezer fokos hőmérsékletet is eredményeztek, ami viszont egyáltalán nem reális a bolygóbelsők esetében. A technikai kihívást az jelentette, hogy az óriási nyomást úgy érjék el, hogy a hőmérséklet közben a bolygóbelsőkre jellemző jóval alacsonyabb értéken maradjon, amit végül a lézerintenzitás időbeli változásának rendkívül finom hangolásával tudtak megvalósítani. A csoport egyik tagja, Rip Collins (LLNL) szerint az anyag atomi méretek mellett uralkodó nyomásviszonyok közötti viselkedésének tanulmányozása új távlatokat nyithat a nagy sűrűségek elméletében és a bolygófejlődési modellek területén is, ahol a korábbi adatokon és elgondolásokon alapuló extrapolációk már nem működnek. Bár a kísérletben szerzett új adatok és a kvantummechanika által tett előrejelzések között nagy vonalakban jó az egyezés, jelentős eltérésekre is fény derült, amik azt jelzik, hogy az ilyen extrém módon összepréselt gyémánt viselkedése tartogat még meglepetéseket, ezért a jövőben további NIF-kísérleteket végeznek még ezen a területen.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2014. július 27-i számában jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2014.07.17.