Astrofysiska observationer har visat att Neptunusliknande vattenrika exoplaneter är vanliga i vår galax. Dessa "vattenvärldar" tros vara täckta med ett tjockt lager vatten, hundratals till tusentals miles djup, ovanför en stenig mantel.

Medan vattenrika exoplaneter är vanliga, deras sammansättning skiljer sig mycket från jorden, så det finns många okända när det gäller dessa planeters struktur, sammansättning och geokemiska kretslopp.

När vi försöker lära dig mer om dessa planeter, ett internationellt team av forskare, leds av Arizona State University, har tillhandahållit en av de första mineralogila undersökningarna för vattenrika exoplaneter. Resultaten av deras studie har nyligen publicerats i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Att studera de kemiska reaktionerna och processerna är ett viktigt steg mot att utveckla en förståelse för dessa vanliga planettyper, " sa medförfattaren Dan Shim, från ASU:s School of Earth and Space Exploration.

Den allmänna vetenskapliga gissningen är att vatten och sten bildar separata lager i vattenvärldarnas inre. Eftersom vatten är lättare, under vattenskiktet i vattenrika planeter, det ska finnas ett stenigt lager. Dock, det extrema trycket och temperaturen vid gränsen mellan vatten och steniga lager kan i grunden förändra beteendet hos dessa material.

För att simulera detta höga tryck och temperatur i labbet, huvudförfattaren och forskaren Carole Nisr genomförde experiment vid Shims Lab for Earth and Planetary Materials vid ASU med högtrycksdiamant-städceller.

För deras experiment, laget sänkte ner kiseldioxid i vatten, komprimerade provet mellan diamanter till ett mycket högt tryck, värmde sedan upp provet med laserstrålar till över några tusen grader Fahrenheit.

Teamet genomförde också laseruppvärmning vid Argonne National Laboratory i Illinois. För att övervaka reaktionen mellan kiseldioxid och vatten, Röntgenmätningar gjordes medan lasern värmde provet vid höga tryck.

Vad de hittade var en oväntad ny fast fas med kisel, väte och syre tillsammans.

"Ursprungligen, man trodde att vatten- och stenlager i vattenrika planeter var väl åtskilda, ", sade Nisr. "Men vi upptäckte genom våra experiment en tidigare okänd reaktion mellan vatten och kiseldioxid och stabiliteten hos en fast fas ungefär i en mellanliggande sammansättning. Skillnaden mellan vatten och sten verkade vara förvånansvärt "suddig" vid högt tryck och hög temperatur."

Forskarna hoppas att dessa fynd kommer att främja vår kunskap om strukturen och sammansättningen av vattenrika planeter och deras geokemiska kretslopp.

"Vår studie har viktiga implikationer och väcker nya frågor för den kemiska sammansättningen och strukturen av det inre av vattenrika exoplaneter, Nisr sa. "Den geokemiska cykeln för vattenrika planeter kan skilja sig mycket från den för steniga planeter, som jorden."