В недрах Земли и крупных каменистых экзопланет магний в форме оксида магния подвергается давлениям и температурам, которые невозможно воспроизвести в обычной лаборатории. Новая серия экспериментов показала, что поведение этого материала зависит не только от силы воздействия, но и от направления, в котором кристалл сжимают.
Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и Университета Джонса Хопкинса изучали MgO почти 12 лет. Работа стала третьей в серии исследований и опубликована в Physical Review X. Команда проверила распространенное предположение, что при давлениях, приближающихся к двум давлениям в центре Земли, ориентация кубического кристалла уже не важна.
Для экспериментов использовали лазерный комплекс Omega EP в Рочестере. Ударные волны запускали по трем направлениям: перпендикулярно грани куба, по диагонали грани и через объемную диагональ. Одновременно измерялись скорость ударной волны и температура, а рентгеновская дифракция показывала, как перестраиваются атомы материала.
Оказалось, что переход оксида магния в более плотную кристаллическую структуру идет по разным сценариям. При одном направлении сжатия материал вел себя близко к ожидаемой модели, а при других перед фронтом ударной волны возникала тонкая недолговечная область разупорядоченного или жидкого вещества. За ней формировался неоднородный кристалл.
Несмотря на различия, плавление происходило примерно при 572 гигапаскалях и 13 200 кельвинах. Это самая высокая экспериментально зарегистрированная температура плавления среди известных материалов. Результат помогает уточнить модели недр Земли, суперземель и газовых гигантов.
По расчетам авторов, кристаллический MgO может сохраняться в отдельных областях ядер Юпитера и Сатурна, тогда как в более горячих гигантских планетах он, вероятно, существует как жидкость. Такие данные нужны для понимания переноса тепла, формирования планет и поведения вещества после гигантских столкновений.
