Di tengah-tengah dunia alien, kristal terbentuk di bawah tekanan sehingga 40 juta kali lebih kuat daripada tekanan atmosfera di Bumi, dan sebanyak 10 kali lebih kuat daripada tekanan di teras planet kita. Memahami mereka lebih baik boleh membantu kita mencari kehidupan di tempat lain di galaksi kita.
Kini, saintis tahu apa-apa tentang kristal misteri ini. Mereka tidak tahu bagaimana dan bila mereka membentuk, apa yang mereka kelihatan atau bagaimana mereka berkelakuan. Tetapi jawapan kepada soalan-soalan itu mungkin mempunyai implikasi besar untuk permukaan dunia - sama ada mereka dilindungi sama ada dalam magma atau ais yang mengalir, atau dibombardir dengan radiasi dari bintang tuan rumah mereka. Jawapannya, sebaliknya, boleh menjejaskan kemungkinan planet-planet ini melindungi kehidupan.
Pedalaman eksoplanet ini misteri kepada kami kerana, dalam sistem suria kita, planet cenderung sama ada kecil dan berbatu, seperti Bumi dan Marikh, atau besar dan gassy, seperti Saturn dan Musytari. Tetapi pada tahun-tahun kebelakangan ini, para astronom telah menemui planet "super-Bumi" yang dikenali sebagai planet gergasi dan "mini-Neptunes" - planet gas yang lebih kecil daripada wujud dalam sistem solar kita - lebih umum di seluruh galaksi kita.
Kerana planet-planet ini dapat dilihat hanya sebagai kelipan kecil dalam cahaya yang datang dari bintang tuan rumah mereka, banyak tentang mereka tetap misterius. Adakah mereka superdense atau superwide? Apakah permukaannya dibuat? Adakah mereka mempunyai medan magnet? Jawapan kepada soalan-soalan itu, ternyata, sangat bergantung pada bagaimana batuan dan besi dalam teras ultrapressurized mereka berkelakuan.
Batasan sains semasa
Sekarang ini, pemahaman kita tentang exoplanets adalah berdasarkan kepada peningkatan atau penurunan apa yang kita tahu mengenai planet-planet dalam sistem solar kita sendiri, kata Diana Valencia, seorang saintis planet di University of Toronto di Kanada, yang memanggil pada mesyuarat bulan Mac Amerika Persatuan Fizikal (APS) untuk ahli fizik mineral untuk meneroka bahan exoplanet eksotik ini.
Masalah dengan pendekatan penskalaan adalah anda tidak boleh benar-benar memahami bagaimana besi akan bertindak pada 10 kali tekanan teras Bumi hanya dengan mendarab, katanya. Pada tekanan yang sangat besar, sifat-sifat bahan kimia pada dasarnya berubah.
"Kami menjangkakan untuk mencari kristal di dalam bumi super yang tidak wujud di Bumi, atau di mana-mana tempat lain, untuk perkara itu," kata Lars Stixrude, ahli fizik mineral teori di University of California, Los Angeles, yang telah melakukan kerja teori asas untuk mengira sifat-sifat bahan yang melampau ini. "Ini adalah susunan unik atom-atom yang hanya ada pada tekanan yang sangat tinggi."
Pengaturan yang berbeza ini berlaku, katanya kepada Sains Live, kerana tekanan besar pada dasarnya mengubah bagaimana atom mengikat bersama. Di permukaan bumi dan bahkan di dalam planet kita, atom mengaitkan hanya dengan menggunakan elektron di cengkerang luarnya. Tetapi pada tekanan super Bumi, elektron-elektron yang lebih dekat dengan nukleus atom terlibat dan mengubah sepenuhnya bentuk dan sifat bahan.
Dan sifat-sifat kimia itu boleh menjejaskan tingkah laku seluruh planet. Sebagai contoh, para saintis tahu bahawa perangkap super-Bumi mempunyai banyak haba. Tetapi mereka tidak tahu berapa banyak - dan jawapan kepada soalan itu mempunyai implikasi besar bagi planet-planet gunung berapi dan tektonik plat. Di dalam tekanan dalaman Bumi, unsur-unsur yang lebih ringan dicampur dengan inti besi, yang memberi kesan kepada medan magnet planet - tetapi itu tidak mungkin berlaku pada tekanan yang lebih tinggi. Malah saiz fizikal super-Bumi bergantung pada struktur kristal sebatian dalam teras mereka.
Tetapi tanpa planet seperti ini untuk mengkaji secara dekat dengan sistem solar kita sendiri, Valencia berkata, saintis perlu beralih kepada pengiraan dan eksperimen fizikal asas untuk menjawab pelbagai soalan ini. Tetapi pengiraan itu sering muncul jawapan terbuka, kata Stixrude. Mengenai percubaan?
"Tekanan dan suhu tersebut adalah di luar keupayaan kebanyakan teknologi dan eksperimen yang kita ada hari ini," katanya.
Membina Bumi super pada Bumi biasa
Di Bumi, eksperimen tekanan yang paling ekstrem membabitkan menghancurkan sampel kecil antara titik tajam dua berlian industri.
Tetapi berlian cenderung menghancurkan lama sebelum mencapai tekanan super Bumi, kata Stixrude. Untuk mengatasi batasan berlian, ahli fizik beralih kepada eksperimen mampatan dinamik, jenis yang dilakukan oleh fizik mineral Tom Duffy dan pasukannya di Princeton University.
Eksperimen-eksperimen ini menghasilkan lebih banyak tekanan seperti super-Bumi, tetapi hanya untuk pecahan sesaat.
"Ideanya, anda menyerap sampel dengan laser yang sangat tinggi, dan anda dengan cepat memanaskan permukaan sampel itu dan anda melepaskan plasma," kata Duffy, yang mempengerusikan sesi APS di mana Valencia bercakap, memberitahu Live Science.
Bit sampel, tiba-tiba dipanaskan, letupan dari permukaan, mewujudkan gelombang tekanan yang bergerak melalui sampel.
"Ia benar-benar seperti kesan kapal roket," kata Duffy.
Sampel yang terlibat adalah kecil - hampir rata, dan hanya kira-kira satu milimeter persegi di kawasan permukaan, katanya. Dan keseluruhan perkara ini berlangsung dalam keadaan nanodetik. Apabila gelombang tekanan mencapai bahagian belakang sampel, semuanya akan menghancurkan. Tetapi melalui pemerhatian yang teliti semasa denyutan ringkas, Duffy dan rakan-rakannya telah mengetahui kepadatan dan bahkan struktur kimia besi dan molekul lain di bawah tekanan yang terdahulu.
Masih ada banyak soalan yang tidak dijawab, tetapi keadaan pengetahuan di lapangan berubah cepat, kata Valencia. Sebagai contoh, kertas pertama mengenai struktur super-Bumi (yang diterbitkan oleh Valencia pada Februari 2007 dalam The Astrophysical Journal sebagai pelajar siswazah di Harvard) sudah ketinggalan zaman kerana ahli fizik telah mendapat maklumat baru tentang bahan kimia di dalam planet kita sendiri.
Menjawab soalan-soalan ini penting, kata Duffy, kerana mereka dapat memberitahu kita sama ada dunia asing yang jauh mempunyai ciri-ciri seperti tektonik plat, mengalir magma dan medan magnet - dan dengan itu, sama ada mereka dapat menyokong kehidupan.
