고에너지 레이저 실험으로 초지구 행성의 주요 광물인 마그네슘 산화물의 성질 발견

Seoul과학자들은 행성의 맨틀에 존재하는 중요한 광물인 산화 마그네슘에 대한 새로운 사실을 발견했습니다. 연구자들은 고에너지 레이저를 사용하여 산화 마그네슘 속 원자들이 매우 높은 압력과 온도에서 변하고 녹는 모습을 관찰했습니다. 이러한 조건은 암석 행성의 맨틀 깊은 곳에서 발견되는 것과 유사합니다.

다음 연구 결과가 밝혀졌습니다:

• 산화 마그네슘은 최대 600 기가파스칼의 압력을 견딜 수 있습니다.
• 이 광물은 약 9,700 켈빈의 온도에서 녹습니다.
• 압력에 따라 암염 구조와 세슘 염화물 구조로 변환됩니다.
• 오메가-EP 레이저 시설을 이용하여 실험이 진행되었습니다.

슈퍼 지구 행성이 형성될 때, 마그네슘 산화물은 녹은 암석에서 처음으로 만들어지는 광물이 될 수 있습니다. 이 발견은 중요합니다. 왜냐하면 슈퍼 지구가 지구보다 크지만 해왕성이나 천왕성보다는 작은 크기를 가지고 있으며, 종종 우리 태양계 밖의 행성을 찾기 위한 연구 대상이 되기 때문입니다.

존스 홉킨스 대학교의 교수인 준 윅스가 연구를 이끌었습니다. 그녀는 마그네슘 옥사이드가 젊은 슈퍼 지구들의 냉각 과정에서 중요할 수 있다고 설명했습니다. 이 미네랄은 녹는점이 높아, 이러한 행성들이 식으면서 핵과 맨틀 층이 형성될 때 가장 먼저 고체화될 것이라고 합니다.

과학자들은 레이저를 사용하여 작은 마그네슘 산화물을 매우 높은 압력에 노출시켰습니다. 그런 다음 X선을 이용해 물질 내의 원자들이 어떻게 변하는지를 관찰했습니다. 이를 통해 그들이 광물의 상태가 고체에서 액체로 변하는 과정을 이해할 수 있었습니다.

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연구에 따르면, 마그네슘 옥사이드는 430에서 500 기가파스칼 사이의 압력에서 두 가지 형태로 존재할 수 있습니다. 이러한 압력은 지구 해양 바닥의 압력보다 약 600배 더 높습니다.

연구진은 이 광물이 600기가파스칼의 압력에서도 녹지 않고 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 산화 마그네슘이 이러한 조건에서도 고체 상태를 유지할 가능성이 높으며, 맨틀에 있는 다른 물질들은 액체 상태로 변할 것임을 시사합니다.

윅스는 이 광물이 어린 행성에 얼마나 중요한지를 강조했습니다. 이는 행성 내부에서 열을 이동시켜 행성의 형성과 시간에 따른 변화를 좌우합니다. 산화 마그네슘은 행성의 자기장, 화산 폭발, 그리고 다른 중요한 물리적 특성에도 영향을 미칠 수 있습니다.

존스 홉킨스 대학교, 로렌스 리버모어 국립 연구소, 그리고 로체스터 대학교 등 여러 기관의 연구팀이 이 연구를 수행하였다. 이 연구는 미국 에너지부와 국가 핵안보국의 재정 지원을 받았다.

이 고에너지 레이저 실험은 극한 조건에서 마그네슘 산화물의 거동에 대한 새로운 정보를 제공합니다. 이 연구는 과학자들이 지구와 다른 암석 행성의 광물을 연구하기 위한 더 나은 모델을 만드는데 도움을 줄 수 있습니다. 연구 결과는 Science Advances에 게재되었으며, 마그네슘 산화물의 귀중한 속성을 보여줍니다.