Laserexperiment avslöjar viktiga egenskaper hos magnesiumoxid under superjordars höga tryckförhållanden.

StockholmForskare har upptäckt något nytt om magnesiumoxid, en viktig mineral som finns i planetära mantlar. Med hjälp av högenergilaser såg forskarna hur atomer i magnesiumoxid förändrades och smälte under mycket högt tryck och temperatur. Dessa förhållanden liknar de som finns djupt inne i en stenig planets mantel.

Studien avslöjade följande: Magnesiumoxid kan stå emot tryck upp till 600 gigapascal. Mineralen smälter vid temperaturer runt 9 700 Kelvin. Den övergår från rock salt till cesiumklorid faser under tryck. Experimenten genomfördes med hjälp av Omega-EP laseranläggningen.

Magnesiumoxid kan vara det första mineralet som bildas från smält bergmassa när superjordar formas. Denna upptäckt är viktig eftersom superjordar, som är större än Jorden men mindre än Neptunus eller Uranus, ofta undersöks i jakten på planeter utanför vårt solsystem.

June Wicks, professor vid Johns Hopkins University, ledde forskningen. Hon förklarade att magnesiumoxid kan spela en viktig roll i nedkylningsprocessen för unga superjordar. Eftersom denna mineral har en hög smältpunkt, skulle den vara den första att stelna när dessa planeter kyls ner och utvecklar tydliga kärn- och mantelskikt.

Forskarna använde laser för att utsätta små bitar av magnesiumoxid för extremt högt tryck. Sedan använde de röntgenstrålar för att observera hur atomerna i materialet ändrades. Detta hjälpte dem att förstå transformationen av mineralet från fast till flytande form.

Läs också:

Idag · 13:23

Ny forskning: mekaniska krafter styr genuttryck i celler

Studien visar att magnesiumoxid kan förekomma i båda sina former vid tryck mellan 430 och 500 gigapascal. Dessa tryck är nästan 600 gånger högre än de vid botten av jordens hav.

Forskarna upptäckte att mineralen kunde stå emot tryck upp till 600 gigapascal innan det smälter. Detta tyder på att magnesiumoxid troligen kommer att förbli fast under dessa förhållanden, medan andra material i manteln kommer att övergå till vätskor.

Wicks betonade hur denna mineral är avgörande för unga planeter. Det hjälper till att transportera värme inom planeten, vilket påverkar hur planeten formas och förändras över tid. Magnesiumoxid kan också påverka planetens magnetfält, vulkanutbrott och andra viktiga fysiska egenskaper.

En grupp forskare från olika institutioner som Johns Hopkins University, Lawrence Livermore National Laboratory, och University of Rochester genomförde studien. Forskningen finansierades av National Nuclear Security Administration och det amerikanska energidepartementet.

Dessa högenergilaserexperiment ger ny information om hur magnesiumoxid beter sig under extrema förhållanden. Denna forskning kan hjälpa forskare att utveckla bättre modeller för att studera mineraler på jorden och andra steniga planeter. Studiens resultat är publicerade i Science Advances och visar de värdefulla egenskaperna hos magnesiumoxid.