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Für einige Milliardstel Sekunden spürten zwei Proben aus Eisenlegierungen den zerstörerischen Druck in der Mitte eines riesigen, felsigen Planeten, der dreimal so groß war wie die Erde. Aber anstatt auf einem der 2000 Super-Earths zu sein, haben Wissenschaftler entdeckt, dass sie andere Sterne umkreisen. Sie war hier auf unserem Heimatplaneten - und sie wurde mit einem Laserstoß nach vorne geschleudert.

Über das, was im Kern der Erde passiert, ist wenig bekannt, berichten Forscher in einer neuen Studie, und noch weniger ist bekannt über diese felsigen Super-Erden, die größer als unser Planet, aber kleiner als Neptun sind - eine Größe, die wir in unserem Sonnensystem nicht finden. Die Arbeiten der Forscher markieren eine bahnbrechende Messung von unter Druck stehendem Material und geben Einblick in die Modellierung der Eigenschaften dieser mysteriösen Welten.

"Wir haben jetzt eine Technik, die es uns ermöglicht, direkt auf die extremen Drücke der tiefen Innenräume von Exoplaneten zuzugreifen und wichtige Eigenschaften zu messen", sagte Thomas Duffy, Geowissenschaftler an der Princeton University und Co-Autor der neuen Arbeit. [Kein Ausweg? Aliens auf 'Super-Earth' Planeten können durch Schwerkraft gefangen werden]

Die Forscher sagten voraus, dass die Kerne der Gesteinsplaneten aus Eisen bestehen, das von einem leichteren Element wie Silizium durchsetzt ist. Also machten sie sich daran zu verstehen, was mit dieser Art von Kombination tief im Kern eines Planeten geschieht, so der Hauptautor der Arbeit, June Wicks, der zur Zeit der Forschung ebenfalls in Princeton war.

"Wir wissen, dass der Kern der Erde mit etwa 10 Prozent eines leichteren Elements legiert ist, und Silizium ist einer der besten Kandidaten für dieses leichte Element sowohl für die Erde als auch für extrasolare Planeten", sagt Wicks, der jetzt an der Johns Hopkins University forscht in Maryland, sagte in der Erklärung.

"Die Kenntnis der Kristallstruktur ist die grundlegendste Information über das Material, das das Innere eines Planeten ausmacht, da alle anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften von der Kristallstruktur ausgehen", fügte sie hinzu.

Um diese Kristallstrukturen zu messen, sprengte das Forschungsteam einen Hochleistungslaser auf die Probe, die zwischen Diamantstücken angeordnet war. Der Laser verdampfte die Kante des Diamanten und verwandelte einen Teil davon in Plasma in die Kammer, was ihn vorwärts drückte und die extrem hohen Druckbedingungen erzeugte. Sofort schickten sie Röntgenstrahlen durch die Probe, um ihre atomare Struktur zu messen - die Bedingungen höchsten Drucks, die jemals mit Röntgenbeugung aufgezeichnet wurden, sagten die Forscher. Sie erreichten 1.314 Gigapascal Druck, das ist mehr als 13 Millionen Mal der Druck auf Meereshöhe auf der Erde oder 3,5 Mal der Druck im Erdkern.

Die Forscher fanden heraus, dass bei den höchsten Drücken die Probe mit weniger Silizium ihre Atome in einer dicht gepackten, hexagonalen Kristallstruktur anordnet, während die mit mehr Silizium eine kubische Struktur aufweist, die Würfel mit einem Atom im Zentrum umgeben von acht weiteren bildet ( als kubisch-raumzentrierte Packung bezeichnet).

Sie maßen auch die Dichten der Proben unter verschiedenen Druckstufen und stellten fest, dass die Legierungen das 2,5-fache ihrer Dichte auf der Erdoberfläche erreichten - vergleichbar mit der Dichte von Gold oder Platin. In einem Kern der Super-Erde würde diese Art von Material zu einem größeren Kern mit niedrigerem Druck führen als einer, der nur aus Eisen besteht.

"Ein reiner Eisenkern ist nicht realistisch", sagte Duffy, "da der Prozess der planetaren Bildung unweigerlich dazu führen wird, dass größere Mengen leichterer Elemente eingebaut werden. Unsere Studie ist die erste, die diese realistischeren Kernzusammensetzungen berücksichtigt." [Die faszinierendsten Alien Planet Entdeckungen von 2017]

Als nächstes wollen die Forscher den Einfluss anderer leichter Elemente wie Kohlenstoff oder Schwefel auf Eisenlegierungen bei hohen Temperaturen testen, die Exoplanetenkerne bilden könnten.

"Die Methode der simultanen Röntgendiffraktions- und Schockexperimente steckt noch in den Kinderschuhen. Es ist also aufregend, eine 'reale Anwendung' für den Erdkern und darüber hinaus zu sehen", sagte Kanani Lee, ein Geophysiker an der Yale University in der Forschung, sagte in der Erklärung.

Diana Valencia, eine planetarische Wissenschaftlerin an der Universität von Toronto-Scarborough, die sich auf Super-Erden und Mini-Neptune konzentriert und an der Studie nicht beteiligt war, sagte in der Erklärung, dass die neue Technik in der Arbeit einen "sehr bedeutenden" Beitrag leistet auf dem Gebiet der Exoplanetenforschung.

"Dies ist eine gute Studie, weil wir nicht nur aus niedrigen Drücken hochrechnen und auf das Beste hoffen", sagte sie. "Das gibt uns das Beste, das gibt uns diese Daten, und dadurch werden unsere Modelle besser eingeschränkt."

Die Forscher der Studie fügten hinzu, dass ihre Technik, die Proben mit höheren Drücken als je zuvor messen kann, die Forscher mit größerer Sicherheit in die Kerne potenzieller Planeten blicken lassen wird.

"Für einen Geologen hat die Entdeckung so vieler extrasolarer Planeten die Tür zu einem neuen Forschungsfeld geöffnet", sagte Duffy. "Wir stellen jetzt fest, dass die Arten von Planeten, die da draußen sind, weit über die begrenzten Beispiele in unserem eigenen Sonnensystem hinausgehen, und es gibt ein viel breiteres Feld von Druck, Temperatur und Zusammensetzungsraum, das erkundet werden muss.

"Das Verständnis der inneren Struktur und Zusammensetzung dieser großen, felsigen Körper ist notwendig, um grundlegende Fragen wie die mögliche Existenz von Plattentektonik, Magnetfelderzeugung, ihre thermische Entwicklung und sogar ob sie potentiell bewohnbar sind, zu untersuchen", fügte er hinzu.