La nouvelle structure cristalline met en lumière la dynamique des planètes extrasolaires

Les scientifiques de Newswise utilisent la source de photons avancée d’Argonne pour étudier de grandes planètes non solaires qui pourraient éclairer la formation et l’évolution des planètes de notre galaxie.

Pendant des décennies, les scientifiques se sont tournés vers des mondes étranges plus éloignés de notre système solaire pour en savoir plus sur notre planète natale. Une équipe de chercheurs utilisant des ressources du département américain de l’énergie (BICHE) Le Laboratoire national d’Argonne a récemment découvert plus sur ces planètes sans quitter la Terre.

Plus de 5 000 planètes extraterrestres ont été découvertes depuis 1992. Ces planètes sont de grands corps astronomiques qui se trouvent en dehors de notre système solaire et tournent autour d’étoiles autres que le soleil. Explorer les minéraux de la planète extraterrestre et leur structure est important pour comprendre comment les planètes de notre galaxie se forment, se comportent et évoluent.

Grâce à la découverte de planètes extrasolaires, nous avons une toute nouvelle vision de ce qui existe, quels types de planètes sont réalisables et comment elles peuvent fonctionner », a déclaré Thomas Duffy, professeur de géosciences à l’Université de Princeton.

Grâce à la découverte des planètes non solaires, nous avons une toute nouvelle vision de ce qui existe, quels types de planètes sont réalisables et comment elles peuvent fonctionner. -Thomas Duffy, Université de Princeton

Par exemple, certaines planètes non solaires sont composées des mêmes minéraux silicatés qui composent la majeure partie de la Terre, mais sont jusqu’à 10 fois plus grandes et ont donc des pressions et des températures beaucoup plus élevées à l’intérieur. Selon Duffy, la pression dans le manteau des grandes exoplanètes rocheuses peut être trois fois supérieure à la pression au centre de la Terre. Lui et ses collègues ont cherché à mieux comprendre les propriétés physiques que ces minéraux acquièrent sous une telle pression.

Duffy et une équipe de scientifiques dirigée par Rajkrishna Dutta, chercheur postdoctoral au Carnegie Research Institute, ont mené des expériences sur des minéraux spécifiques sous une pression et une température extrêmement élevées. Ils ont utilisé des rayons X de haute intensité de l’Advanced Photon SourceAPS), un BICHE Appareil utilisateur Office of Science en Argonne. Les résultats du groupe ont été récemment publiés dans les Actes de l’Académie nationale des sciences.

Cela n’aurait pas été possible sans des faisceaux haute pression à la pointe de la technologie APS“Dutta a dit.

Plus précisément, les chercheurs ont étudié le germanate de magnésium, un analogue des minéraux de silicate de magnésium qui composent la majeure partie du manteau terrestre. En remplaçant le silicium par un ion germanium plus gros, le groupe a pu étudier les transitions entre les phases chimiques à des températures et des pressions plus basses en laboratoire.

“Si nous voulons comprendre les planètes plus grandes qui ont une composition chimique similaire à celle de notre Terre, ce minéral est un bon point de départ”, a déclaré Sally June Tracy, chercheuse au Carnegie Research Institute qui a participé à la recherche. Tracy et ses collègues ont évalué comment la structure atomique du magnésium change sous une pression extrêmement élevée.

Utilisation de deux lignes de rayons X APS Pour créer ces conditions extrêmes, les chercheurs ont découvert que le minéral avait pris la structure d’un composé appelé phosphure de thorium. Ils pensent qu’il pourrait s’agir d’un composant important des profondeurs intérieures des grandes planètes extrasolaires rocheuses.

Ce n’est pas comme les structures cristallines que vous trouvez sur Terre ou sur les autres planètes de notre système solaire “, a déclaré Duffy.

Cette structure est intéressante pour plusieurs raisons. Premièrement, le nombre d’atomes d’oxygène entourant chaque atome de germanium passe de quatre à huit dans des conditions de pression et de température élevées. Deuxièmement, la nouvelle structure cristalline a une structure ionique non uniforme au lieu d’une séquence claire.

Les scientifiques ont été surpris par le désordre. )La structure dans laquelle deux ions différents de tailles et de valences différentes se remplacent va à l’encontre de notre intuition », a déclaré Tracy. )L’idée que ces types de structures désordonnées peuvent être stabilisées à des pressions et des températures élevées ouvre la porte à d’autres nouvelles structures minérales qui pourraient être viables dans des conditions extrêmes.

Les structures perturbées sont plus susceptibles de contenir des impuretés et des défauts qui peuvent affecter les propriétés physiques. L’un d’eux est la conductivité thermique, qui affecte le refroidissement et l’évolution des planètes dans le temps.

La découverte de ces phases a changé notre compréhension de la terre profonde », a déclaré Dutta.

Pour en savoir plus sur les propriétés de la nouvelle structure cristalline, l’équipe s’est appuyée sur les capacités de deux faisceaux de lumière. APS: Équipe d’accès coopératif à haute pression (HPCAT) géré par Argonne et GeoSoilEnviroCARS (GSECARS) administré par l’Université de Chicago. Ces sources de rayons X sont parmi les plus brillantes au monde.

Ces lignes de faisceau ont permis aux chercheurs d’atteindre une pression extrêmement élevée en serrant l’échantillon entre les deux diamants. Des températures élevées ont été atteintes grâce à des techniques avancées de chauffage au laser. Les échantillons ont été examinés avec des rayons X intenses et étroitement focalisés.

Nous avons focalisé les rayons X à environ trois microns, ce qui est presque 50 fois plus fin qu’un serre-tête, pour sonder un petit échantillon dans des conditions très extrêmes », a expliqué Vitali Prakapenka, co-auteur de l’étude et enseignant-chercheur. Université de Chicago.

En analysant le schéma de diffraction du rayonnement X à travers un minéral à haute température et pression, les chercheurs ont déterminé la structure et la densité de cette nouvelle phase de phosphure de thorium.

Les chercheurs ont pu contrôler à distance le faisceau de lumière, ce qui était essentiel puisque l’expérience a commencé plus tôt dans l’année. COVID-19[feminine] pandémie.

Les découvertes faites au cours de ce projet m’ont remonté l’esprit à un moment difficile », a déclaré Yue Meng, physicien de l’argon et co-auteur de l’étude, notant que cela ne serait pas possible sans un personnel de soutien exceptionnel. APS qui a assuré le bon fonctionnement du faisceau de lumière.

Les scientifiques prévoient d’étudier plus avant cette nouvelle structure cristalline afin de mieux comprendre la dynamique des planètes extrasolaires et d’en savoir plus sur notre univers. )C’est une science axée sur la curiosité “, a déclaré Duffy. )Il y a des mondes très étranges et nous pouvons découvrir des planètes exotiques dont nous n’avions jamais rêvé auparavant.

Informations avancées sur la source de photons

Source de photons avancée du Bureau de recherche sur l’énergie du Département américain de l’énergie (APS) Le Laboratoire national d’Argonne est l’une des sources de lumière à rayons X les plus productives au monde. La APS offre un faisceau de rayons X à haute luminosité à une communauté diversifiée de chercheurs en science des matériaux, en chimie, en physique de la matière condensée, en sciences de la vie et de l’environnement et en recherche appliquée. Ces rayons X sont idéaux pour étudier les matériaux et les structures biologiques ; distribution élémentaire; états chimiques, magnétiques, électroniques ; et un large éventail de systèmes d’ingénierie technologiquement importants, des batteries aux injecteurs de carburant, qui sous-tendent tous le bien-être économique, technologique et physique de notre population. Il est utilisé par plus de 5 000 chercheurs chaque année APS produire plus de 2 000 publications détaillant des découvertes influentes et résoudre plus de structures protéiques biologiques vitales que toute autre installation de recherche sur la lumière à rayons X. APS les scientifiques et les ingénieurs innovent en matière de technologie, qui est au cœur de la promotion des opérations des accélérateurs et des sources lumineuses. Cela comprend des dispositifs d’entrée qui produisent des rayons X à haute luminosité scientifiquement évalués, des lentilles qui focalisent les rayons X à quelques nanomètres, des instruments qui maximisent l’interaction des rayons X avec des échantillons de test et des logiciels qui collectent et gèrent une grande quantité de données issues de la découverte. rechercher. APS.

Les ressources de l’US Advanced Photon Source ont été utilisées dans cette étude BICHE L’installation des utilisateurs de l’Office of Science était opérationnelle BICHE Argonne National Laboratory Research Bureau contract no. DE-AC02-06CH11357.

Laboratoire National d’Argonne cherche des solutions aux défis nationaux urgents en science et technologie. Le premier laboratoire national du pays, Argonne, mène des recherches fondamentales et appliquées de pointe dans presque tous les domaines scientifiques. Les chercheurs d’Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d’entreprises, d’universités et d’agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser la gouvernance de la recherche américaine et préparer le pays à un avenir meilleur. Avec des employés de plus de 60 pays, Argonne est dirigée par UChicago Argonne, SARL Pour le bureau de recherche du département américain de l’énergie.

Bureau de recherche du département américain de l’énergie est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’attaque aux défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https: // ener gy .gov / s cience.

Leave a Comment