Junto con su función estética de ayudar a crear la gloriosa Aurora Boreal, o auroras boreales, el poderoso campo magnético que rodea nuestro planeta también tiene un valor práctico bastante importante:hace posible la vida.

Al desviar las partículas cargadas dañinas del sol y los rayos cósmicos que bombardean constantemente el planeta, y evitar que el viento solar erosione la atmósfera, El campo magnético de la Tierra ha permitido que formas de vida multicelulares, incluidos los humanos, se desarrollen y sobrevivan.

Y ahora, con el descubrimiento de miles de planetas más allá del sistema solar conocidos como exoplanetas, los científicos están ansiosos por saber si las "super-Tierras rocosas, "hasta 10 veces más masivo que la Tierra, también podría albergar vida.

"Encontrar exoplanetas habitables es uno de los tres principales objetivos de las comunidades de ciencia planetaria y astronomía, ", dijo el físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Rick Kraus." Con estos descubrimientos surgen muchas preguntas:¿Cómo son estos planetas? ¿Es nuestro sistema solar único? ¿Es la Tierra única? O más específicamente, ¿Es la Tierra excepcionalmente habitable? "

Esas preguntas han inspirado una campaña actual de Descubrimiento de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) destinada a determinar si los planetas rocosos gigantes podrían tener campos magnéticos similares a la Tierra. Una atmósfera, el clima templado y el agua líquida generalmente se consideran los elementos esenciales para la vida tal como la conocemos para evolucionar, pero la presencia de un campo magnético es igualmente importante, Kraus dijo. "La tectónica de placas activa y la magnetosfera se consideran requisitos para un exoplaneta habitable, ", dijo." Un entorno de superficie estable libre de radiación ionizante es una de las cualidades más importantes de un planeta que se consideran un requisito para la habitabilidad ".

El campo magnético de la Tierra se genera cuando las corrientes de convección en el núcleo externo de hierro líquido del planeta se retuercen por el giro del planeta, creando una magneto-dínamo que produce la magnetosfera (las dínamos convierten la energía mecánica en energía eléctrica o en este caso, magnetismo). Un planeta con solo un núcleo sólido puede no tener un campo magnético, y por lo tanto es poco probable que albergue la vida tal como la conocemos.

"Necesitamos comprender la transición de fusión de los núcleos de hierro para determinar si es posible tener un núcleo externo líquido y un núcleo interno sólido dentro de una supertierra". "Dijo Kraus.

La curva de fusión es crítica

"Las presiones interiores de las super-Tierras son tan extremas, hasta 35 millones de veces la presión atmosférica (terrestre), que tenemos muy poca información sobre cómo los materiales podrían comportarse realmente dentro de ellos, ", añadió." La curva de fusión del hierro es fundamental para abordar la cuestión de si una super-Tierra podría tener una magnetosfera protectora. Es la solidificación del hierro inducida por la presión la que libera el calor latente que impulsa el complejo flujo convectivo dentro del núcleo de un planeta ".

El equipo de investigación está utilizando una plataforma experimental NIF llamada TARDIS (difracción objetivo in situ) para estudiar la curva de fusión del hierro a presiones que van de cinco a 20 megabar (cinco a 20 millones de atmósferas terrestres). El diagnóstico de difracción de rayos X de TARDIS está diseñado para arrojar luz sobre los cambios de fase, o transiciones estructurales entre estados de la materia, que se producen en materiales sometidos a presiones y temperaturas tan extremas (consulte "La TARDIS de NIF tiene como objetivo conquistar el tiempo y el espacio").

La campaña se basa en una técnica experimental novedosa desarrollada en las instalaciones de láser Omega de la Universidad de Rochester. Los investigadores electrocutan una muestra de hierro para que se licue a 2,5 Mbar y luego usan compresión en rampa (sin golpes) para comprimirla a 10 Mbar. Difracción de rayos X in situ, actualmente el medio más aceptado para medir la fusión y solidificación, se utiliza para confirmar que el primer choque derritió el material y la posterior onda de compresión de rampa hizo que se volviera a solidificar (a diferencia de la compresión de choque, La compresión en rampa mantiene bajas las temperaturas de la muestra y permite el estudio de la materia comprimida a densidades extremas).

"Los experimentos también representan un avance significativo sobre lo que se puede explorar sobre la fusión del hierro mediante experimentos de compresión estática," "dijo el investigador principal de la campaña, Russell Hemley de la Universidad George Washington, director del Carnegie / DOE Alliance Center (CDAC). "Esos experimentos hasta la fecha se han limitado a presiones de aproximadamente tres Mbar, o las presiones del núcleo de la Tierra, y han sido controvertidos. Por lo tanto, los nuevos resultados también mejorarán nuestra comprensión del núcleo de nuestro propio planeta y proporcionarán información crucial sobre la naturaleza de las super-Tierras y su habitabilidad potencial ".

"Una forma de pensar en este experimento, "Kraus dijo, "es que usamos la onda de choque para crear un estado térmico denso cálido en el hierro similar al que se encuentra dentro del núcleo externo de hierro líquido de una supertierra. Entonces, al comprimir posteriormente sin sacudidas el hierro, simulamos la trayectoria termodinámica que experimentaría una parcela de hierro que se convence en las profundidades del núcleo líquido de una supertierra. Con difracción de rayos X, podemos responder directamente a la pregunta de si ese paquete de hierro se solidificaría al alcanzar una profundidad prescrita ".

NIF es la única instalación capaz de alcanzar y sondear estos estados extremos de la materia. Los experimentos requieren la intensidad energética alta y sostenida que solo se puede lograr con NIF, y la capacidad única de modelado de pulsos del láser permite una compresión de hierro en rampa de 5 a 20 Mbar. La campaña recibió seis días de tiro en los años fiscales 2016 a 2018, suficiente para 12 experimentos.

"Si observamos la solidificación (difracción del hierro solidificado) en la escala de tiempo mucho más corta de un experimento con láser, "Kraus dijo, "entonces sabemos que la curva de fusión es lo suficientemente empinada como para tener un núcleo interno sólido y un núcleo externo líquido, que podría habilitar una magneto-dínamo dentro de las super-Tierras. Luego, nuestro objetivo es explorar los diferentes estados de entropía, o perfiles de temperatura, que se puede lograr en los núcleos de las supertierras y sondear el camino termodinámico tomado por una parcela de hierro líquido descendente. Este descubrimiento sería un paso crítico hacia la determinación de los tipos de planetas extrasolares que podrían ser habitables ".