Laserexperimenten onthullen essentiële eigenschappen van super-aarde mineraal magnesiumoxide onder extreme omstandigheden

AmsterdamWetenschappers hebben iets nieuws ontdekt over magnesiumoxide, een belangrijk mineraal in planeetmantels. Met behulp van hoogenergetische lasers observeerden onderzoekers hoe atomen in magnesiumoxide veranderden en smolten onder zeer hoge druk en temperatuur. Deze omstandigheden lijken op die diep in de mantel van een rotsachtige planeet.

Uit het onderzoek blijkt het volgende:

• Magnesiumoxide kan druk tot 600 gigapascal weerstaan.
• Het mineraal smelt bij temperaturen rond de 9.700 Kelvin.
• Onder druk verandert het van structuren vergelijkbaar met steenzout naar cesiumchloride.
• De experimenten werden uitgevoerd met de Omega-EP laserfaciliteit.

Magnesiumoxide kan het eerste mineraal zijn dat ontstaat uit gesmolten gesteente tijdens de ontwikkeling van super-Aardes. Deze ontdekking is van belang omdat super-Aardes, die groter zijn dan de Aarde maar kleiner dan Neptunus of Uranus, vaak worden bestudeerd in de zoektocht naar planeten buiten ons zonnestelsel.

June Wicks, professor aan de Johns Hopkins University, leidde het onderzoek. Zij legde uit dat magnesiumoxide mogelijk een belangrijke rol speelt in het afkoelproces van jonge superaardes. Doordat dit mineraal een hoog smeltpunt heeft, zou het als eerste stollen naarmate deze planeten afkoelen en zich duidelijke kern- en mantelstructuren ontwikkelen.

De wetenschappers gebruikten lasers om kleine stukjes magnesiumoxide onder zeer hoge druk te plaatsen. Vervolgens gebruikten ze röntgenstralen om te zien hoe de atomen in het materiaal veranderden. Zo konden ze waarnemen hoe het mineraal van vast naar vloeibaar ging.

Lees ook:

Vandaag · 15:23

Nieuw inzicht: dynamiek van persoonlijke en collectieve overtuigingen

Uit het onderzoek blijkt dat magnesiumoxide in beide vormen voorkomt bij drukken tussen 430 en 500 gigapascal. Deze drukken zijn bijna 600 keer hoger dan die op de bodem van de oceanen van de aarde.

De onderzoekers ontdekten dat het mineraal bestand was tegen drukken tot 600 gigapascal voordat het begon te smelten. Dit duidt erop dat magnesiumoxide waarschijnlijk onder deze omstandigheden solide blijft, terwijl andere materialen in de mantel vloeibaar worden.

Wicks benadrukte het belang van dit mineraal voor jonge planeten. Het helpt bij de warmteoverdracht binnen de planeet, wat invloed heeft op de vorming en evolutie van de planeet. Magnesiumoxide kan ook een rol spelen in het magnetisch veld van de planeet, vulkaanuitbarstingen en andere belangrijke fysieke eigenschappen.

Een team van onderzoekers van diverse instellingen, waaronder Johns Hopkins University, Lawrence Livermore National Laboratory en de University of Rochester, voerde de studie uit. Het onderzoek werd gefinancierd door de National Nuclear Security Administration en het Amerikaanse Ministerie van Energie.

Deze experimenten met krachtige laserstralen leveren nieuwe inzichten op over hoe magnesiumoxide zich onder extreme omstandigheden gedraagt. Dit onderzoek helpt wetenschappers om betere modellen te ontwikkelen voor de studie van mineralen op zowel de aarde als andere rotsachtige planeten. De resultaten van de studie, gepubliceerd in Science Advances, laten zien hoe waardevol de eigenschappen van magnesiumoxide zijn.