新しい結晶構造が明らかにした太陽系外惑星のダイナミクス(A novel crystal structure sheds light on the dynamics of extrasolar planets)

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アルゴンヌのアドバンスト・フォトン・ソースは、銀河系内の惑星がどのように形成され進化してきたかを明らかにするために、大型の太陽系外惑星の研究に使用されています。 Scientists use Argonne’s Advanced Photon Source to study large, extrasolar planets that can shed light on how planets in our galaxy form and evolve.

2022-06-22 アルゴンヌ国立研究所(ANL)


A 3D illustration of the structure of the Earth. A team of scientists recently discovered a new crystal structure of a mineral similar to the one that makes up the bulk of Earth’s mantle. (Image by Shutterstock/ Rost9.)

・何十年もの間、科学者たちは私たちの住む惑星をより深く理解するために、太陽系の外側にある見知らぬ惑星に目を向けてきました。米国エネルギー省(DOE)のアルゴンヌ国立研究所のリソースを利用した研究チームが、これらの惑星についてさらなる発見をしました。
・カーネギー科学研究所のラジクリシュナ・ダッタ博士率いる研究チームは、特定の鉱物について、超高圧高温下での実験を行った。地球マントルの大部分を構成するケイ酸マグネシウム鉱物の類似物質であるゲルマニウム酸マグネシウムを研究した。ケイ素の代わりに大きなゲルマニウムイオンを用いることで、より低温・高圧での化学相間の遷移を実験室で研究することができた。
・実験には、アルゴンヌにあるDOE(米国エネルギー省)科学局のユーザー施設「アドバンスト・フォトン・ソース(APS)」の超高輝度X線ビームを使って極限状態を作り出し、この鉱物がリン化トリウムという化合物の構造をとっていることを発見した。
・この鉱物は、大型の岩石質太陽系外惑星の深部で重要な構成要素になる可能性があると考えられています。この成果は「米国科学アカデミー紀要」に掲載された。

<関連情報>

Mg2GeO4の超高圧無秩序8配位相:超地球マントルへのアナロジー Ultrahigh-pressure disordered eight-coordinated phase of Mg2GeO4: Analogue for super-Earth mantles

Rajkrishna Dutta , Sally June Tracy, R. E. Cohen , Francesca Miozzi, Kai Luo, Jing Yang, Pamela C. Burnley, Dean Smith, Yue Meng, Stella Chariton, Vitali B. Prakapenka, and Thomas S. Duffy
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:February 14, 2022
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2114424119

Abstract

Mg2GeO4 is important as an analog for the ultrahigh-pressure behavior of Mg2SiO4, a major component of planetary interiors. In this study, we have investigated magnesium germanate to 275 GPa and over 2,000 K using a laser-heated diamond anvil cell combined with in situ synchrotron X-ray diffraction and density functional theory (DFT) computations. The experimental results are consistent with the formation of a phase with disordered Mg and Ge, in which germanium adopts eightfold coordination with oxygen: the cubic, Th3P4-type structure. DFT computations suggest partial Mg-Ge order, resulting in a tetragonal I4¯2d<?XML:NAMESPACE PREFIX = “[default] http://www.w3.org/1998/Math/MathML” NS = “http://www.w3.org/1998/Math/MathML” />I4¯2d structure indistinguishable from I4¯3dI4¯3d Th3P4 in our experiments. If applicable to silicates, the formation of this highly coordinated and intrinsically disordered phase may have important implications for the interior mineralogy of large, rocky extrasolar planets.

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