பூமியிலிருந்து தொலைவில், யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூனின் உள்ளே ஒரு விசித்திரமான புதிய பொருள் நிலை இருக்கலாம்

கிரகங்களின் உள் பகுதிகள் இன்னும் விசித்திரமான இயற்பியலை வெளிப்படுத்துகின்றன

யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூன் பெரும்பாலும் ice giants என்று அழைக்கப்படுகின்றன, ஆனால் அந்த சொல் வழுக்கையானதாக இருக்கலாம். அந்தக் கிரகங்களின் ஆழத்தில், பனி, திரவம், வாயு போன்ற சாதாரண கருத்துகள் பெரிதாகப் பயனளிக்காமல் போகின்றன. அங்கே அழுத்தம் மிகப்பெரியது, வெப்பநிலை ஆயிரக்கணக்கான டிகிரிகளுக்கு உயர்கிறது, மேலும் பரிச்சயமான மூலக்கூறுகள் அறியக்கூடிய வடிவத்தில் நீடிக்க முடியாது. அத்தகைய சூழ்நிலைகளில், பொருள் அன்றாட அனுபவத்திலிருந்து கற்பனை செய்வதே கடினமான வகைகளில் தன்னை ஒழுங்குபடுத்திக்கொள்ளலாம்.

Universe Today சுட்டிக்காட்டிய ஒரு புதிய ஆய்வு, அந்த பட்டியலில் இன்னொரு சாத்தியத்தை சேர்க்கிறது: கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜனில் உருவான “quasi-1D superionic” நிலை. Nature Communications இல் வெளியான இந்தப் பணி, Carnegie Institution ஆராய்ச்சியாளர்களால் நடத்தப்பட்டது; போதுமான உயர் அழுத்தங்களும் வெப்பநிலைகளும் இருந்தால், கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜன் ஒரு நிலையான சேர்மத்தை உருவாக்க முடியும், அதில் உள்ள அசாதாரண அமைப்பு யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூன் போன்ற ice giants-களின் உள்ளே இருக்கக்கூடும் என முன்வைக்கிறது.

இந்த முடிவு உறுதியாக நிரூபிக்கப்பட்டால், அது கிரகங்களில் காணப்படும் exotic materials பட்டியலில் இன்னொரு புதிய பொருள் நிலையைச் சேர்க்கும்; மேலும் இந்தத் தொலைவான உலகங்களின் உள் அமைப்பு மற்றும் பரிணாமம் பற்றி விஞ்ஞானிகள் நினைக்கும் முறையையும் மாற்றக்கூடும்.

அந்தப் பொருள் எப்படி நடக்கிறது

இந்த ஆய்வு கிரக அறிவியலில் ஏற்கனவே தெரிந்த ஒரு பிரச்சினையிலிருந்து தொடங்குகிறது. ice giants-களின் உள் அழுத்தங்களில் மீத்தேன் மற்றும் இதற்கு ஒத்த மூலக்கூறுகள் அப்படியே நிலைத்திருக்கும் என எதிர்பார்க்க முடியாது. முந்தைய பணிகள், மீத்தேன் சுமார் 95 gigapascals இல் சிதைந்து, ஹைட்ரஜன் செறிந்த பொருட்களையும் வைரம் போன்ற carbon allotropes-களையும் உருவாக்கும் எனக் காட்டியுள்ளன.

புதிய ஆய்வு அந்த எல்லையை வெகுவாகத் தாண்டுகிறது. மூல உரையின் படி, 1100 gigapascals-ஐ மீறும் அழுத்தங்களில் கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜன் ஒரு நிலையான சேர்மத்தை உருவாக்குகின்றன, இதில் கார்பன் அணுக்கள் chiral helix வடிவமுள்ள கடின ஜாலகத்தில் பூட்டப்படுகின்றன. அதுவே அசாதாரணமானது. ஆனால் வெப்பநிலை சேர்க்கப்படும்போது இன்னும் சுவாரசியமான நடத்தை வெளிப்படுகிறது.

1000 முதல் 3000 kelvin வரை, அந்த சேர்மம் superionic நிலையில் செல்கிறது என்று அறிக்கை கூறுகிறது. superionic பொருளில், அமைப்பின் ஒரு பகுதி திடமாகவே இருக்கும்; மற்றொரு பகுதி நகரக்கூடியதாக மாறி, திடச் சட்டகத்திற்குள் திரவம் போன்ற நடத்தை காண்பிக்கும். இங்கே, மூல விளக்கம் அந்தக் கருத்தின் ஒரு திருப்பத்தைச் சொல்கிறது: quasi-one-dimensional வடிவம், இதில் நகர்வு அடிப்படை அமைப்பால் அதிகமாக கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.

அதனால்தான் “quasi-1D” என்ற பெயர் வருகிறது. மூன்று பரிமாண திடச் சட்டகத்திற்குள் வழக்கமான திரவ போன்ற இயக்கத்திற்குப் பதிலாக, போக்குவரத்து இன்னும் கட்டுப்பட்ட முறையில் வழிநடத்தப்படுவது போல தெரிகிறது.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏன் simulation-ஐ நம்பினர்

இந்த முடிவுகள் நேரடி ஆய்வகக் கண்காணிப்பிலிருந்து அல்ல, simulation-இலிருந்து வந்தவை; அதற்குக் காரணமும் உண்டு. பூமியில் அந்தச் சூழ்நிலைகளை மீண்டும் உருவாக்குவது மிகவும் கடினம். யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூன் உள்ளக அழுத்தங்கள் terapascal அளவிற்கு செல்லக்கூடும்; இது பரிசோதனை உபகரணங்களையும் containment முறைகளையும் சவாலுக்கு உட்படுத்துகிறது.

கட்டுரை, இந்தக் கிரகங்களின் உள்ளே இருக்கும் சூழலை தோராயமாக மதிப்பிட ஆராய்ச்சியாளர்கள் “Synthetic Uranus” போன்ற computational models-ஐப் பயன்படுத்துவார்கள் என்று குறிப்பிடுகிறது. ஆனால் புதிய பத்திரிக்கை first-principles அணுகுமுறையை எடுத்துக்கொள்கிறது; அதில் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட கருதுகோள்களை அதிகம் சாராமல், அமைப்பின் quantum mechanics நடத்தை நேரடியாக நிர்ணயிக்க அனுமதிக்கிறது.

இதனால் முடிவுகள் உறுதியானவை ஆகிவிடவில்லை, ஆனால் அவை குறிப்பிடத்தக்கவையாக மாறுகின்றன. first-principles simulations என்பது பெரும்பாலும் புதிய candidate phases முதலில் தோன்றும் இடம்; அதன்பின் experimentalists அவற்றைச் சோதிக்க வழிகள் கண்டுபிடிக்கிறார்கள். கிரக அறிவியலில் இது பொதுவான வரிசை, ஏனெனில் ஆர்வத்துக்குரிய சூழ்நிலைகள் மிகுந்த தீவிரமானவை; அதனால் theory மற்றும் computation முதலில் முன்னேற வேண்டியிருக்கும்.

யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூனுக்கான முக்கியத்துவம்

ice giants-ன் உள்ளே என்ன இருக்கிறது என்பதைக் புரிந்துகொள்வது ஒரு சிறிய ஆர்வம் அல்ல. யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூனின் உள் அமைப்பு, அவற்றின் heat flow, magnetic behavior, density profiles, மற்றும் evolutionary history ஆகியவற்றை பாதிக்கிறது. exotic materials, கிரகத்திற்குள் ஆற்றல் எப்படி நகர்கிறது மற்றும் வெவ்வேறு அடுக்குகள் காலப்போக்கில் எப்படி தொடர்பு கொள்கின்றன என்பதைப் பாதிக்கக்கூடும்.

அங்கே உண்மையிலேயே ஒரு quasi-1D superionic carbon-hydrogen phase இருந்தால், இந்த உலகங்களில் காணப்படும் சில அசாதாரண இயற்பியல் நடத்தை குறித்து விளக்கத்தின் ஒரு பகுதியாக அது மாறலாம். மூல உரை முழுமையான கிரக மாதிரியை முன்வைக்கவில்லை; ஆனால் அந்தப் பொருள் அவற்றின் உள்ளகங்களில் காணப்படும் தீவிர சூழ்நிலைகளில் நிலைத்திருக்கக்கூடும் எனக் கூறுகிறது.

இந்தப் பணி நமது சூரிய குடும்பத்தைத் தாண்டியும் முக்கியம் கொண்டது. ice-giant போன்ற கிரகங்கள் exoplanet surveys-இல் பொதுவாகக் காணப்படுகின்றன; மேலும் exotic உயர் அழுத்த வேதியியலின் சிறந்த மாதிரிகள் அவற்றின் அமைப்பு மற்றும் உருவாக்கத்தை விஞ்ஞானிகள் புரிந்துகொள்ள உதவும். மிகுந்த அழுத்தத்தில் நடைபெறும் materials science இப்போது comparative planetology-யின் ஒரு பகுதியாக மாறி வருகிறது.

கிரக அறிவு இன்னும் முழுமையடையவில்லை என்பதை நினைவூட்டல்

இந்தக் கதையின் ஆழமான பாடம் என்னவென்றால், கிரகங்கள் ஆராய்ச்சியாளர்களை தங்கள் இருப்பிடங்களால் மட்டுமல்ல, அவற்றின் உள்ளே பொருள் என்ன செய்ய முடிகிறது என்பதாலும் தொடர்ந்து ஆச்சரியப்படுத்துகின்றன. simulations அல்லது experiments, மிகுந்த அழுத்த எல்லைகளை மேலும் எட்டும் ஒவ்வொரு முறையும், ஒழுங்கும் நகர்வும் சேர்ந்த புதிய சேர்க்கைகள் தோன்றுகின்றன. “திடம்” மற்றும் “திரவம்” என்ற பிரிவுகள் தெளிவான வகைகளாக இருக்கவில்லை. வேதியியல், கிரக இயக்கவியலுடன் ஒன்றிணைந்துவிடுகிறது.

இந்த ஆய்வு யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூனில் முன்வைக்கப்பட்ட நிலை இருப்பதை நிரூபிப்பதில்லை. ஆனால் இது peer-reviewed modeling முயற்சியில் அடிப்படையாக்கப்பட்ட, இயற்பியல் ரீதியாக நியாயமான ஒரு உறுதியான சாத்தியத்தை முன்வைக்கிறது. அதுவே உரையாடலை முன்னோக்கி நகர்த்துவதற்கு போதுமானது. அடுத்த பணிகள் அந்த நிலையின் நிலைத்தன்மையை மேலும் சோதிக்க வேண்டியிருக்கும்; முடிந்தால், இந்த முன்னறிவிப்பை உறுதிப்படுத்தக்கூடிய பரிசோதனைச் சிக்னல்களையும் தேட வேண்டியிருக்கும்.

இப்போது மிக முக்கியமான takeaway எளிதானது: ஒரு ice giant-ன் உள்ளே பூமியில் சாதாரண ஒப்புமை இல்லாத பொருள் நிலைகள் இருக்கக்கூடும். விஞ்ஞானிகள் அந்த உலகங்களை எவ்வளவு ஆழமாகப் பார்க்கிறார்களோ, அவ்வளவு அவை வழக்கத்திற்கு மாறாகத் தோன்றுகின்றன.

முக்கிய அம்சங்கள்

• ஒரு புதிய simulation ஆய்வு, மிகுந்த அழுத்தம் மற்றும் வெப்பத்தில் quasi-1D superionic carbon-hydrogen நிலையை முன்வைக்கிறது.
• அந்தப் பொருள் யூரேனஸ் மற்றும் நெப்டியூனின் உள்ளே இருக்கக்கூடும்.
• இந்த முடிவு ice giant interiors மற்றும் அதுபோன்ற exoplanets-ன் மாதிரிகளை மாற்றக்கூடும்.

இந்தக் கட்டுரை Universe Today-இன் செய்தியை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.