Una ilustración que muestra cómo una combinación de técnicas de síntesis estática de alta presión y métodos dinámicos permitió a los investigadores sondear la bridgmanita de silicato de magnesio, se cree que predominan en los mantos de los planetas rocosos, en condiciones extremas que imitan el interior de una super-Tierra. Crédito:Yingwei Fei. Fotografía de Sandia Z Machine por Randy Montoya, Laboratorios Nacionales Sandia.
Una nueva investigación dirigida por Yingwei Fei de Carnegie proporciona un marco para comprender el interior de las super-Tierras, exoplanetas rocosos entre 1,5 y 2 veces el tamaño de nuestro planeta de origen, que es un requisito previo para evaluar su potencial de habitabilidad. Los planetas de este tamaño se encuentran entre los más abundantes en los sistemas exoplanetarios. El artículo se publica en Comunicaciones de la naturaleza .
"Aunque las observaciones de la composición atmosférica de un exoplaneta serán la primera forma de buscar firmas de vida más allá de la Tierra, muchos aspectos de la habitabilidad de la superficie de un planeta están influenciados por lo que sucede debajo de la superficie del planeta, y ahí es donde entra en juego la dilatada experiencia del investigador de Carnegie en las propiedades de los materiales rocosos bajo temperaturas y presiones extremas, ", explicó el director del Laboratorio de la Tierra y los Planetas, Richard Carlson.
En la tierra, la dinámica interior y la estructura del manto de silicato y la tectónica de placas impulsoras del núcleo metálico, y generar la geodinamo que alimenta nuestro campo magnético y nos protege de peligrosas partículas ionizantes y rayos cósmicos. La vida como la conocemos sería imposible sin esta protección. Similar, la dinámica interior y la estructura de las super-Tierras darán forma a las condiciones de la superficie del planeta.
Con emocionantes descubrimientos de una diversidad de exoplanetas rocosos en las últimas décadas, ¿Son las super-Tierras mucho más masivas capaces de crear condiciones que sean acogedoras para que la vida surja y prospere?
El conocimiento de lo que ocurre debajo de la superficie de una súper-Tierra es crucial para determinar si un mundo distante es capaz de albergar vida. Pero las condiciones extremas de los interiores planetarios de una masa súper terrestre desafían la capacidad de los investigadores para sondear las propiedades materiales de los minerales que probablemente existan allí.
Ahí es donde entra en juego la mímica de laboratorio.
Una ilustración de un científico que utiliza técnicas de laboratorio para investigar las condiciones probables en el interior de un exoplaneta. Crédito:Katherine Cain, Institución Carnegie para la Ciencia.
Por décadas, Los investigadores de Carnegie han sido líderes en recrear las condiciones de los interiores planetarios al poner pequeñas muestras de material bajo inmensas presiones y altas temperaturas. Pero a veces incluso estas técnicas alcanzan sus limitaciones.
"Con el fin de construir modelos que nos permitan comprender la dinámica interior y la estructura de las súper Tierras, necesitamos poder tomar datos de muestras que se aproximen a las condiciones que se encontrarían allí, que podría exceder 14 millones de veces la presión atmosférica, "Fei explicó." Sin embargo, seguimos encontrándonos con limitaciones a la hora de crear estas condiciones en el laboratorio. "
Se produjo un gran avance cuando el equipo, incluidos Asmaa Boujibar y Peter Driscoll de Carnegie, junto con Christopher Seagle, Joshua Townsend, Chad McCoy, Luke Shulenburger, y Michael Furnish de Sandia National Laboratories — se le concedió acceso a los más poderosos del mundo, Una máquina de energía pulsada impulsada magnéticamente (instalación de energía pulsada Z de Sandia) para impactar directamente una muestra de alta densidad de bridgmanita, un silicato de magnesio de alta presión que se cree que predomina en los mantos de los planetas rocosos, con el fin de exponerlo a la condiciones extremas relevantes para el interior de super-Tierras.
Una serie de experimentos de ondas de choque de hipervelocidad en material representativo del manto de la súper Tierra proporcionó mediciones de densidad y temperatura de fusión que serán fundamentales para interpretar las masas y radios observados de las súper Tierras.
Los investigadores encontraron que bajo presiones representativas de los interiores de la súper Tierra, la bridgmanita tiene un punto de fusión muy alto, lo que tendría importantes implicaciones para la dinámica interior. Bajo ciertos escenarios de evolución térmica, ellos dicen, planetas rocosos masivos podrían tener un geodinamo impulsado térmicamente al principio de su evolución, luego se pierde durante miles de millones de años cuando el enfriamiento se ralentiza. Una geodinamo sostenida podría eventualmente reiniciarse mediante el movimiento de elementos más ligeros a través de la cristalización del núcleo interno.
"La capacidad de realizar estas mediciones es fundamental para desarrollar modelos fiables de la estructura interna de las super-Tierras hasta ocho veces la masa de nuestro planeta, Fei agregó. "Estos resultados tendrán un impacto profundo en nuestra capacidad para interpretar los datos de observación".
