En un artículo publicado hoy por Astronomía de la naturaleza , un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), Universidad de Princeton, La Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Rochester han proporcionado la primera relación masa-radio basada experimentalmente para un hipotético planeta de hierro puro en las condiciones del núcleo de la súper Tierra.

Este descubrimiento se puede utilizar para evaluar el espacio compositivo plausible para grandes, exoplanetas rocosos, formando la base de los futuros modelos de interiores planetarios, que a su vez se puede utilizar para interpretar con mayor precisión los datos de observación de la misión espacial Kepler y ayudar a identificar planetas aptos para la habitabilidad.

"El descubrimiento de un gran número de planetas fuera de nuestro sistema solar ha sido uno de los descubrimientos científicos más emocionantes de esta generación, "dijo Ray Smith, físico en LLNL y autor principal de la investigación. "Estos descubrimientos plantean preguntas fundamentales. ¿Cuáles son los diferentes tipos de planetas extrasolares y cómo se forman y evolucionan? ¿Cuáles de estos objetos pueden potencialmente sostener condiciones superficiales adecuadas para la vida? Para abordar tales preguntas, es necesario comprender la composición y estructura interior de estos objetos ".

De los más de 4, 000 planetas extrasolares confirmados y candidatos, se sabe que los que tienen de una a cuatro veces el radio de la Tierra son los más abundantes. Este rango de tamaño, que se extiende entre la Tierra y Neptuno, no está representado en nuestro propio sistema solar, lo que indica que los planetas se forman en una gama más amplia de condiciones físicas de lo que se pensaba anteriormente.

"Determinar la estructura interior y la composición de estos planetas súper terrestres es un desafío, pero es crucial para comprender la diversidad y evolución de los sistemas planetarios dentro de nuestra galaxia, "Dijo Smith.

Dado que las presiones centrales para incluso un planeta con una masa terrestre de 5 veces pueden alcanzar hasta 2 millones de atmósferas, Un requisito fundamental para restringir la composición exoplanetaria y la estructura interior es una determinación precisa de las propiedades del material a presiones extremas. El hierro (Fe) es un elemento cosmoquímicamente abundante y, como el componente dominante de los núcleos planetarios terrestres, es un material clave para estudiar los interiores de la súper Tierra. Una comprensión detallada de las propiedades del hierro en las condiciones de la súper Tierra es un componente esencial de los experimentos del equipo.

Los investigadores describen una nueva generación de experimentos con láser de alta potencia, que utilizan técnicas de compresión en rampa para proporcionar la primera ecuación absoluta de medidas de estado de Fe en las condiciones de presión y densidad extremas que se encuentran dentro de los núcleos de la súper Tierra. Esta compresión dinámica libre de golpes es especialmente adecuada para comprimir materia con un calentamiento mínimo a presiones de TPa (1 TPa =10 millones de atmósferas).

Los experimentos se llevaron a cabo en la Instalación Nacional de Ignición (NIF) del LLNL. NIF, el láser más grande y energético del mundo, puede entregar hasta 2 megajulios de energía láser en 30 nanosegundos y proporciona la potencia láser y el control necesarios para comprimir materiales en rampas a presiones de TPa. Los experimentos del equipo alcanzaron presiones máximas de 1,4 TPa, presión cuatro veces mayor que los resultados estáticos anteriores, que representa las condiciones centrales que se encuentran con un planeta de masa terrestre de 3-4x.

"Modelos de interior planetario, que se basan en una descripción de los materiales constituyentes sometidos a presiones extremas, se basan comúnmente en extrapolaciones de datos de baja presión y producen una amplia gama de estados de materiales predicados. Nuestros datos experimentales proporcionan una base más firme para establecer las propiedades de un planeta súper-terrestre con un planeta de hierro puro, "Smith dijo." Además, Nuestro estudio demuestra la capacidad para la determinación de ecuaciones de estado y otras propiedades termodinámicas clave de los materiales del núcleo planetario a presiones muy superiores a las de las técnicas estáticas convencionales. Esta información es crucial para avanzar en nuestra comprensión de la estructura y dinámica de los grandes exoplanetas rocosos y su evolución ".

Los experimentos futuros sobre NIF extenderán el estudio de materiales planetarios a varios TPa mientras combinan técnicas de difracción de rayos X de nanosegundos para determinar la evolución de la estructura cristalina con la presión.