高エネルギーレーザー実験でスーパーアースの鉱物特性を解明するマグネシウム酸化物の変化を発見

Tokyo科学者たちは、惑星のマントルに存在する重要な鉱物である酸化マグネシウムについて新たな発見をしました。研究者たちは高エネルギーレーザーを使用して、酸化マグネシウムの原子が非常に高い圧力と温度の下で変化し溶解する様子を観察しました。これらの状況は、岩石惑星のマントル深部に見られる条件に似ています。

研究の結果は以下の通りです：

• 酸化マグネシウムは600ギガパスカルまでの圧力に耐えることができます。
• この鉱物は約9,700ケルビンで融解します。
• 圧力がかかると、岩塩相からセシウムクロライド相に変化します。
• 実験はオメガ-EPレーザー施設で行われました。

超地球型惑星が形成される際、マグネシウム酸化物は溶融岩から最初に生成される鉱物かもしれません。この発見は重要です。なぜなら、超地球型惑星は地球より大きく、海王星や天王星より小さいため、太陽系外の惑星を探す際によく研究されるからです。

ジョンズ・ホプキンス大学の教授であるジューン・ウィックスがこの研究を主導しました。彼女は、酸化マグネシウムが若いスーパーアースの冷却過程で重要な役割を果たす可能性があると説明しました。この鉱物は融点が高いため、これらの惑星が冷えて、コアとマントルの層を形成する際に最初に固化することになります。

科学者たちはレーザーを用いて、マグネシウム酸化物の小片を非常に高い圧力下に置きました。それから、X線を使ってその材料の原子がどのように変化するかを観察しました。これにより、鉱物が固体から液体へ変化する様子を知ることができました。

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メカニカルフォースが遺伝子発現に及ぼす影響

研究によれば、酸化マグネシウムは430〜500ギガパスカルの圧力下で両方の形態が存在することがわかっています。この圧力は、地球の深海の圧力よりも約600倍高いです。

研究者たちは、その鉱物が600ギガパスカルまでの圧力に耐えられることを発見しました。このことは、酸化マグネシウムがこのような状況下でも固体のままである可能性が高いことを示唆しており、マントル中の他の物質は液体に変わるでしょう。

ウィックスは、この鉱物が若い惑星にとって重要であることを強調しました。それは惑星内部で熱を移動させ、惑星の形成や進化に影響を与えます。酸化マグネシウムは、惑星の磁場や火山の噴火、その他の重要な物理特性にも影響を与える可能性があります。

さまざまな機関から集まった研究者チームがこの研究を行いました。参加機関にはジョンズ・ホプキンス大学、ローレンス・リバモア国立研究所、ロチェスター大学が含まれています。研究の資金は米国国立核安全保障局とエネルギー省が提供しました。

これらの高エネルギーレーザー実験は、極限状態における酸化マグネシウムの挙動に関する新たな情報を提供します。この研究により、科学者たちは地球や他の岩石惑星の鉱物を調査するためのより良いモデルを作成することができます。研究結果は『Science Advances』に発表されており、酸化マグネシウムの貴重な特性が示されています。