Jauh di jantung dunia asing, kristal terbentuk di bawah tekanan hingga 40 juta kali lebih kuat daripada tekanan atmosfer di Bumi, dan sebanyak 10 kali lebih kuat daripada tekanan di inti planet kita. Memahami mereka lebih baik dapat membantu kita mencari kehidupan di tempat lain di galaksi kita.
Saat ini, para ilmuwan hampir tidak tahu apa-apa tentang kristal misterius ini. Mereka tidak tahu bagaimana dan kapan mereka terbentuk, seperti apa mereka atau bagaimana mereka bersikap. Tetapi jawaban atas pertanyaan-pertanyaan itu dapat memiliki implikasi yang sangat besar bagi permukaan dunia-dunia itu - apakah mereka tertutupi oleh magma atau es yang mengalir, atau dibombardir dengan radiasi dari bintang-bintang inangnya. Jawabannya, pada gilirannya, dapat memengaruhi kemungkinan planet-planet ini menyimpan kehidupan.
Interior dari planet ekstrasurya ini misterius bagi kami karena, di tata surya kita, planet cenderung kecil dan berbatu, seperti Bumi dan Mars, atau besar dan berumput, seperti Saturnus dan Yupiter. Tetapi dalam beberapa tahun terakhir, para astronom telah menemukan bahwa apa yang disebut "super-Bumi" - planet berbatu raksasa - dan "mini-Neptunus" - planet gas yang lebih kecil daripada yang ada di tata surya kita - lebih umum di seluruh galaksi kita.
Karena planet-planet ini dapat dilihat hanya sebagai kerlip samar dalam cahaya yang berasal dari bintang inangnya, banyak tentang mereka yang tetap misterius. Apakah mereka superdense atau superwide? Terbuat dari apa permukaannya? Apakah mereka memiliki medan magnet? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan itu, ternyata, sangat bergantung pada bagaimana batu dan besi dalam inti ultrapressurized mereka berperilaku.
Batas-batas ilmu saat ini
Saat ini, pemahaman kita tentang planet ekstrasurya sebagian besar didasarkan pada peningkatan atau penurunan apa yang kita ketahui tentang planet-planet di tata surya kita sendiri, kata Diana Valencia, seorang ilmuwan planet di University of Toronto di Kanada, yang mengadakan pertemuan di bulan Maret di Amerika. Physical Society (APS) bagi fisikawan mineral untuk mengeksplorasi bahan eksoplanet yang eksotis ini.
Masalah dengan pendekatan peningkatan adalah Anda tidak bisa benar-benar memahami bagaimana besi akan berperilaku pada 10 kali tekanan inti Bumi hanya dengan mengalikan, katanya. Pada tekanan yang sangat besar itu, sifat-sifat bahan kimia berubah secara mendasar.
"Kami berharap menemukan kristal di dalam super-Bumi yang tidak ada di Bumi, atau di mana pun di alam, dalam hal ini," kata Lars Stixrude, seorang ahli fisika mineral teoretis di Universitas California, Los Angeles, yang telah melakukan pekerjaan teoretis dasar untuk menghitung sifat-sifat bahan ekstrem ini. "Ini akan menjadi pengaturan unik dari atom yang hanya ada pada tekanan yang sangat tinggi."
Pengaturan yang berbeda ini terjadi, katanya kepada Live Science, karena tekanan besar pada dasarnya mengubah bagaimana atom mengikat bersama. Di permukaan Bumi dan bahkan jauh di dalam planet kita, atom hanya menggunakan elektron di kulit terluarnya. Tetapi pada tekanan super-Bumi, elektron yang lebih dekat ke inti atom terlibat dan sepenuhnya mengubah bentuk dan sifat material.
Dan sifat-sifat kimia tersebut dapat mempengaruhi perilaku seluruh planet. Sebagai contoh, para ilmuwan tahu bahwa Bumi-super memerangkap banyak panas. Tetapi mereka tidak tahu berapa banyak - dan jawaban untuk pertanyaan itu memiliki implikasi besar untuk gunung berapi planet-planet dan lempeng tektonik. Pada tekanan internal Bumi, unsur-unsur yang lebih ringan bercampur dengan inti besi, berdampak pada medan magnet planet - tetapi itu mungkin tidak terjadi pada tekanan yang lebih tinggi. Bahkan ukuran fisik super-Bumi tergantung pada struktur kristal senyawa dalam inti mereka.
Tetapi tanpa planet semacam ini untuk belajar dari dekat di tata surya kita sendiri, kata Valencia, para ilmuwan harus beralih ke perhitungan fisik dasar dan eksperimen untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan semacam ini. Tetapi kalkulasi itu seringkali menghasilkan jawaban terbuka, kata Stixrude. Seperti untuk eksperimen?
"Tekanan dan suhu itu berada di luar kemampuan sebagian besar teknologi dan eksperimen yang kita miliki saat ini," katanya.
Membangun Bumi super di Bumi biasa
Di Bumi, percobaan tekanan paling ekstrem melibatkan penghancuran sampel kecil antara titik-titik tajam dari dua berlian industri.
Tapi berlian itu cenderung hancur jauh sebelum mencapai tekanan super-Bumi, kata Stixrude. Untuk mengatasi keterbatasan berlian, fisikawan beralih ke eksperimen kompresi dinamis, seperti yang dilakukan oleh fisikawan mineral Tom Duffy dan timnya di Universitas Princeton.
Eksperimen-eksperimen ini menghasilkan lebih banyak tekanan mirip Bumi, tetapi hanya untuk sepersekian detik.
"Idenya adalah, Anda menyinari sampel dengan laser yang sangat bertenaga tinggi, dan Anda dengan cepat memanaskan permukaan sampel itu dan Anda meniup plasma," Duffy, yang memimpin sesi APS di mana Valencia berbicara, mengatakan kepada Live Science.
Potongan sampel, tiba-tiba dipanaskan, meluncur dari permukaan, menciptakan gelombang tekanan yang bergerak melalui sampel.
"Ini benar-benar seperti efek kapal roket," kata Duffy.
Sampel yang terlibat sangat kecil - hampir rata, dan hanya sekitar satu milimeter persegi di area permukaan, katanya. Dan semuanya berlangsung dalam hitungan nanodetik. Ketika gelombang tekanan mencapai bagian belakang sampel, semuanya hancur. Tetapi melalui pengamatan yang cermat selama pulsa-pulsa singkat itu, Duffy dan rekan-rekannya telah menemukan kepadatan dan bahkan struktur kimia dari besi dan molekul lain di bawah tekanan yang sebelumnya tidak pernah terdengar.
Masih ada banyak pertanyaan yang belum terjawab, tetapi keadaan pengetahuan di lapangan berubah cepat, kata Valencia. Misalnya, makalah pertama tentang struktur super-Bumi (yang diterbitkan Valencia pada Februari 2007 di The Astrophysical Journal sebagai mahasiswa pascasarjana di Harvard) sudah ketinggalan zaman karena fisikawan telah memperoleh informasi baru tentang bahan kimia di dalam planet kita sendiri.
Menjawab pertanyaan-pertanyaan ini penting, kata Duffy, karena mereka dapat memberi tahu kita apakah dunia asing yang jauh memiliki karakteristik seperti lempeng tektonik, magma yang mengalir dan medan magnet - dan karenanya, apakah mereka dapat mendukung kehidupan.
