Kondisi hiper-stres di inti luar Bumi telah diciptakan kembali di lab

Ribuan kilometer di bawah permukaan bumi, di bawah tekanan dan suhu ekstrem, inti planet dapat ditemukan. Ada inti dalam yang terdiri dari bola besi-nikel padat yang berputar dangkal di dalam inti luar, di mana besi dan nikel berbentuk cair.

Kondisi inti luar ini sekarang telah diciptakan kembali di laboratorium, oleh tim yang dipimpin oleh fisikawan Sebastian Merkel dari Universitas Lille di Prancis – sedemikian rupa sehingga para ilmuwan dapat mengamati deformasi struktural besi.

Ini tidak hanya memiliki implikasi untuk memahami planet kita, tetapi dapat membantu kita lebih memahami apa yang terjadi ketika serpihan besi bertabrakan di ruang angkasa.

“Kami tidak menciptakan kondisi substantif sepenuhnya secara internal,” Fisikawan Arianna Gleeson berkata: Dari Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi AS. “Tapi kami mencapai kondisi inti luar planet ini, yang sangat keren.”

Dalam kondisi Bumi normal, struktur kristal besi adalah A kisi kubus. Atom-atom disusun dalam kisi-kisi, dengan atom di sudut setiap kubus, dan satu di tengah. Ketika besi dikompresi di bawah tekanan yang sangat tinggi, kisi ini berubah bentuk dan berubah bentuk menjadi struktur heksagonal. Hal ini memungkinkan lebih banyak atom untuk dikemas ke dalam volume ruang yang sama.

Tetapi sulit untuk mengatakan apa yang terjadi bahkan pada tekanan dan suhu yang lebih tinggi – seperti yang terjadi di inti bumi. Namun, dalam beberapa tahun terakhir teknologi laser telah maju ke titik di mana, di lingkungan laboratorium, sampel kecil dapat terkena kondisi ekstrem, seperti tekanan dan suhu yang ditemukan di bintang katai putih.

Tim di SLAC mengerahkan dua laser. Yang pertama adalah laser optik, yang menembakkan sampel mikroskopis besi dan memberikan kejutan yang menciptakan tekanan dan panas yang ekstrem.

Tekanan inti luar Bumi berkisar antara 135 hingga 330 gigapascal (1,3 hingga 3,3 juta atmosfer), dan suhu antara 4.000 dan 5.000 K (3727 hingga 4727 °C, atau 6.740 hingga 8.540 °F).Tekanan dan suhu hingga 4070 K .

Bagian selanjutnya, dan bisa dibilang yang paling sulit, adalah mengukur struktur atom besi selama proses ini. Untuk tujuan ini, tim menggunakan laser Linac Coherent Light Source (LCLS) bebas sinar-X, yang memeriksa sampel saat menembakkan sinar laser.

“Kami mampu melakukan pengukuran dalam sepersejuta detik,” kata Gleeson. “Membekukan atom di mana mereka berada dalam nanodetik itu benar-benar mengasyikkan.”

Gambar yang dihasilkan, dikelompokkan ke dalam urutan, mengungkapkan bahwa besi merespon stres tambahan yang disebabkan oleh kondisi ini dengan kembaran. Ini terjadi ketika kisi kristal menjadi sangat kompak sehingga beberapa titik kisi dibagi oleh beberapa kristal secara simetris.

(S. Merkel / Universitas Lille, Prancis)

Untuk besi dalam kondisi inti luar bumi, ini berarti susunan atom didorong sehingga segi enam berputar sekitar 90 derajat. Mekanisme ini memungkinkan logam untuk menahan ujungnya, kata para peneliti.

“Twinning memungkinkan besi menjadi sangat kuat – lebih kuat dari yang kita duga – sebelum mulai mengalir secara plastis dalam skala waktu yang lebih lama,” kata Gleeson.

Sekarang kita tahu bagaimana besi berperilaku dalam kondisi ini, informasi ini dapat dimasukkan ke dalam model dan simulasi. Ini memiliki implikasi penting untuk cara kita memahami tabrakan antariksa, misalnya. Inti bumi terletak rapi jauh di dalam sebuah planet, tetapi ada asteroid yang sangat metalik sehingga kami pikir adalah inti planet yang terbuka dan telanjang yang mengganggu pembentukannya.

Benda-benda ini dapat bertabrakan dengan benda lain yang dapat merusak struktur besi di dalamnya. Sekarang kita memiliki gagasan yang lebih baik tentang bagaimana ini terjadi. Dan tentu saja, kita sekarang tahu lebih banyak tentang planet kita.

“Masa depan cerah sekarang karena kami telah mengembangkan cara untuk melakukan pengukuran ini,” kata Gleeson.

“Sekarang kita bisa memberikan acungan jempol, dan acungan jempol untuk beberapa model fisik yang sangat mendasar dari mekanisme deformasi. Itu membantu membangun beberapa kekuatan prediktif yang tidak kita miliki untuk memodelkan bagaimana bahan merespons dalam kondisi ekstrim.”

Pencarian dipublikasikan di pesan ulasan fisik.