นักวิทย์ทดลองยิงเลเซอร์บีบแมกนีเซียมออกไซด์ เผยทิศทางการบีบมีผลต่อโครงสร้างภายในดาวเคราะห์

ทีมนักวิจัยจาก Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) และ Johns Hopkins University เพิ่งเผยผลการทดลองในวารสาร Physical Review X ที่อาจไขปริศนาเรื่องการก่อตัวของแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) ในใจกลางดาวเคราะห์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ศึกษากันมานานถึง 12 ปี งานนี้เป็นชิ้นที่ 3 ต่อจากงานวิจัยปี 2015 และปี 2024

เรื่องนี้สำคัญเพราะแมกนีเซียมและซิลิกอนเป็นธาตุที่พบมากที่สุดในใจกลางดาวเคราะห์ และ MgO ก็เป็นตัวบอกว่าภายในดาวเคราะห์แต่ละดวงมีความร้อนและความดันแบบไหน ซึ่งเกี่ยวโยงกับว่าดาวดวงนั้นจะมีสนามแม่เหล็กแรงแค่ไหน หรือมีโอกาสเอื้อต่อชีวิตได้หรือไม่

ในการทดลอง ทีมวิจัยใช้เลเซอร์บีบอัดผลึก MgO รูปทรงลูกบาศก์ ไปจนถึงความดันสูงสุด 572 Gigapascal (GPa) และอุณหภูมิ 13,000 Kelvin ซึ่งสูงกว่าสภาพแวดล้อมใกล้ใจกลางโลกที่ประมาณ 360 GPa และ 6,000 Kelวิน เสียอีก

ที่น่าสนใจคือทีมวิจัยยิงเลเซอร์จาก 3 ทิศทางต่างกัน คือแนวทะแยงตามหน้า แนวตั้งฉากกับหน้าลูกบาศก์ และแนวทะแยงผ่านตัวลูกบาศก์ ผลออกมาว่าแต่ละทิศทางทำให้ผลึกตอบสนองต่างกัน บางทิศทางทำให้ผลึกโตแบบไม่เป็นระเบียบ ซึ่งขัดกับทฤษฎีเดิมที่เชื่อว่าภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูงขนาดนี้ ทิศทางการบีบไม่ควรมีผล

นอกจากนี้ การทดลองยังพบว่า MgO หลอมเหลวที่ 572 GPa และ 13,000 Kelvin ซึ่งกลายเป็นสถิติใหม่ของความดันและอุณหภูมิที่เคยทดลองกับวัสดุชนิดนี้มา

แมกนีเซียมออกไซด์เป็นส่วนผสมสำคัญที่ช่วยให้เราเข้าใจภายในของดาวเคราะห์ การทดลองนี้ช่วยให้เรารู้ว่ามันจะเป็นของแข็งตรงไหนและเป็นของเหลวตรงไหน ซึ่งมีผลต่อการพาความร้อนและการเปลี่ยนแปลงของดาวเคราะห์

Dr. June Wicks อาจารย์ภาควิชาวิทยาศาสตร์โลกและดาวเคราะห์ของ Johns Hopkins หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัย อธิบายไว้แบบนั้น ทีมวิจัยยังระบุด้วยว่าบนดาวเคราะห์ประเภท super-Earth นั้น MgO อาจกลายเป็นของเหลวที่นำไฟฟ้าได้ในชั้นแมนเทิล จนทำให้สนามแม่เหล็กแรงกว่าของโลกมาก ส่วนในดาวแก๊สยักษ์อย่าง Jupiter และ Saturn MgO อาจอยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลวในชั้นแกนกลาง ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ