Los avances en las observaciones astronómicas han dado lugar al descubrimiento de un número extraordinario de planetas extrasolares, algunos de los cuales se cree que tienen una composición rocosa similar a la de la Tierra. Aprender más sobre su estructura interior podría proporcionar pistas importantes sobre su habitabilidad potencial.

Dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), un equipo de investigadores tiene como objetivo descubrir algunos de estos secretos al comprender las propiedades del óxido de hierro, uno de los componentes del manto de la Tierra, a las presiones y temperaturas extremas que probablemente se encuentran en el interior de estos grandes planetas extrasolares rocosos. Los resultados de sus experimentos se publicaron hoy en Naturaleza Geociencia .

"Debido a la cantidad limitada de datos disponibles, la mayoría de los modelos de estructura interior de exoplanetas rocosos asumen una versión ampliada de la Tierra, que consta de un núcleo de hierro, rodeado por un manto dominado por silicatos y óxidos. Sin embargo, Este enfoque ignora en gran medida las diferentes propiedades que pueden tener los materiales constituyentes a presiones superiores a las existentes en el interior de la Tierra. "dijo Federica Coppari, Físico del LLNL y autor principal del estudio. "Con el número cada vez mayor de exoplanetas confirmados, incluidos los que se cree que son de naturaleza rocosa, es fundamental obtener una mejor comprensión de cómo se comportan sus bloques de construcción planetarios en el interior de dichos cuerpos ".

Usando láseres gigantes en las instalaciones de láser Omega de la Universidad de Rochester, los investigadores exprimieron una muestra de óxido de hierro a casi 7 megabars (o Mbar, 7 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra), condiciones esperadas en el interior de exoplanetas rocosos aproximadamente cinco veces más masivos que la Tierra. Lanzaron láseres adicionales en una pequeña lámina de metal para crear un breve pulso de rayos X, lo suficientemente brillante como para permitirles capturar una instantánea de difracción de rayos X de la muestra comprimida.

"La sincronización precisa es fundamental, ya que el estado de presión máxima se mantiene durante no más de una mil millonésima de segundo, ", Dijo Coppari. Debido a que la difracción de rayos X es especialmente adecuada para proporcionar una medida de la distancia entre los átomos y cómo están dispuestos en una red cristalina, el equipo descubrió que cuando el óxido de hierro se comprime a presiones superiores a 3 Mbar, la presión del núcleo interno de la Tierra, se transforma en una fase diferente, donde los átomos están más densamente empaquetados.

"Encontrar la estructura de óxido de hierro a alta presión en condiciones superiores a las existentes dentro de la Tierra es muy interesante porque se espera que esta forma tenga una viscosidad mucho menor que la estructura cristalina que se encuentra en condiciones ambientales y en el manto de la Tierra, "Dijo Coppari.

Combinando los nuevos datos con mediciones anteriores sobre óxido de magnesio, otro componente clave de los planetas rocosos, el equipo construyó un modelo para comprender cómo la transición de fase en el óxido de hierro podría afectar su capacidad de mezcla. Descubrieron que el manto de los grandes exoplanetas terrestres podría ser muy diferente de lo que normalmente se imagina. probablemente tenga una viscosidad muy diferente, conductividad eléctrica y propiedades reológicas.

"Las condiciones más extremas que se esperan dentro de las grandes supertierras rocosas favorecen el surgimiento de una mineralogía nueva y compleja donde los materiales constituyentes se mezclan (o desmezclan), fluyen y se deforman de una manera completamente diferente que en el manto de la Tierra, "Dijo Coppari." La mezcla no solo juega un papel en la formación y evolución del planeta, pero también afecta dramáticamente la reología y la conductividad, que se relacionan en última instancia con su habitabilidad ".

Mirando hacia el futuro, Se espera que esta investigación estimule más estudios experimentales y teóricos destinados a comprender las propiedades de mezcla de los materiales constituyentes a presiones y condiciones de temperatura sin precedentes.

"Todavía hay mucho que aprender sobre materiales en condiciones extremas e incluso más sobre la formación y evolución de planetas, ", dijo." Es alucinante pensar que nuestros experimentos de laboratorio pueden observar la estructura interior de planetas tan lejanos con una resolución sin precedentes y contribuir a una comprensión más profunda del universo ".