Que contienen nitrógeno, Se pueden formar planetas similares a la Tierra si su materia prima crece rápidamente alrededor de embriones planetarios del tamaño de la Luna y Marte antes de separarse en núcleo-manto-corteza-atmósfera. según los científicos de la Universidad de Rice. Si la diferenciación de silicato metálico es más rápida que el crecimiento de cuerpos del tamaño de un embrión planetario, luego, los reservorios sólidos no retienen mucho nitrógeno y los planetas que crecen a partir de esa materia prima se vuelven extremadamente pobres en nitrógeno. Crédito:Amrita P. Vyas / Rice University
Las perspectivas de vida en un planeta determinado dependen no solo de dónde se forma, sino también de cómo, según los científicos de la Universidad de Rice.
Planetas como la Tierra que orbitan dentro de la zona Ricitos de Oro de un sistema solar, con condiciones que soportan agua líquida y una atmósfera rica, tienen más probabilidades de albergar vida. Como resulta, cómo ese planeta se unió también determina si capturó y retuvo ciertos elementos y compuestos volátiles, incluido el nitrógeno, carbono y agua, que dan lugar a la vida.
En un estudio publicado en Naturaleza Geociencia , El estudiante graduado de Rice y autor principal Damanveer Grewal y el profesor Rajdeep Dasgupta muestran la competencia entre el tiempo que tarda el material en acumularse en un protoplaneta y el tiempo que tarda el protoplaneta en separarse en sus distintas capas:un núcleo metálico, una capa de manto de silicato y una envoltura atmosférica en un proceso llamado diferenciación planetaria, es fundamental para determinar qué elementos volátiles retiene el planeta rocoso.
Usando nitrógeno como sustituto de volátiles, los investigadores mostraron que la mayor parte del nitrógeno se escapa a la atmósfera de los protoplanetas durante la diferenciación. Este nitrógeno se pierde posteriormente en el espacio cuando el protoplaneta se enfría o choca con otros protoplanetas o cuerpos cósmicos durante la siguiente etapa de su crecimiento.
Este proceso agota el nitrógeno en la atmósfera y el manto de los planetas rocosos, pero si el núcleo metálico retiene lo suficiente, todavía podría ser una fuente importante de nitrógeno durante la formación de planetas similares a la Tierra.
Los geoquímicos de la Universidad de Rice analizaron muestras experimentales de metales y silicatos coexistentes para aprender cómo interactuarían químicamente cuando se les somete a presiones y temperaturas similares a las experimentadas por la diferenciación de protoplanetas. Usando nitrógeno como proxy, Teorizan que la forma en que un planeta se une tiene implicaciones sobre si captura y retiene elementos volátiles esenciales para la vida. Crédito:Tommy LaVergne / Rice University
El laboratorio de alta presión de Dasgupta en Rice capturó la diferenciación protoplanetaria en acción para mostrar la afinidad del nitrógeno hacia los núcleos metálicos.
"Simulamos condiciones de alta presión-temperatura sometiendo una mezcla de polvos de silicato y metal que contienen nitrógeno a casi 30, 000 veces la presión atmosférica y calentarlos más allá de sus puntos de fusión, "Dijo Grewal." Pequeñas manchas metálicas incrustadas en los vidrios de silicato de las muestras recuperadas eran los respectivos análogos de los núcleos y mantos protoplanetarios ".
Usando estos datos experimentales, los investigadores modelaron las relaciones termodinámicas para mostrar cómo se distribuye el nitrógeno entre la atmósfera, silicato fundido y núcleo.
"Nos dimos cuenta de que el fraccionamiento de nitrógeno entre todos estos depósitos es muy sensible al tamaño del cuerpo, ", Dijo Grewal." Usando esta idea, podríamos calcular cómo se habría separado el nitrógeno entre diferentes depósitos de cuerpos protoplanetarios a través del tiempo para finalmente construir un planeta habitable como la Tierra ".
Su teoría sugiere que los materiales de materia prima para la Tierra crecieron rápidamente hasta alrededor de embriones planetarios del tamaño de la Luna y Marte antes de que completaran el proceso de diferenciación en la conocida disposición de vapor de gas silicato de metal.
Damanveer Grewal, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, izquierda, y el geoquímico Rajdeep Dasgupta discuten sus experimentos en el laboratorio, donde comprimen mezclas complejas de elementos para simular condiciones profundas en protoplanetas y planetas. En un nuevo estudio, determinaron que la forma en que un planeta se une tiene implicaciones en cuanto a si captura y retiene los elementos volátiles, incluido el nitrógeno, carbono y agua, esencial para la vida. Crédito:Tommy LaVergne / Rice University
En general, estiman que los embriones se formaron dentro de 1-2 millones de años después del comienzo del sistema solar, mucho antes del tiempo que les llevó diferenciarse por completo. Si la tasa de diferenciación fuera más rápida que la tasa de acreción de estos embriones, los planetas rocosos que se forman a partir de ellos no podrían haber acumulado suficiente nitrógeno, y probablemente otros volátiles, fundamental para desarrollar las condiciones que sustentan la vida.
"Nuestros cálculos muestran que la formación de un planeta del tamaño de la Tierra a través de embriones planetarios que crecieron extremadamente rápido antes de someterse a la diferenciación de silicatos metálicos establece un camino único para satisfacer el presupuesto de nitrógeno de la Tierra, "dijo Dasgupta, el investigador principal de CLEVER Planetas, un proyecto de colaboración financiado por la NASA que explora cómo los elementos esenciales para la vida podrían haberse unido en planetas rocosos de nuestro sistema solar o en lugares distantes, exoplanetas rocosos.
"Este trabajo muestra que hay una afinidad mucho mayor del nitrógeno hacia el líquido metálico formador de núcleos de lo que se pensaba anteriormente, " él dijo.
El estudio sigue trabajos anteriores, uno que muestra cómo el impacto de un cuerpo en formación de luna podría haberle dado a la Tierra gran parte de su contenido volátil, y otro que sugiere que el planeta obtuvo más nitrógeno de fuentes locales en el sistema solar de lo que se creía.
En el último estudio, Grewal dijo:"Demostramos que los protoplanetas que crecen en las regiones internas y externas del sistema solar acumulan nitrógeno, y la Tierra obtuvo su nitrógeno mediante la acumulación de protoplanetas de ambas regiones. Sin embargo, se desconocía cómo se estableció el balance de nitrógeno de la Tierra ".
"Estamos haciendo una gran afirmación que irá más allá del tema del origen de los elementos volátiles y el nitrógeno, e impactará a una muestra representativa de la comunidad científica interesada en la formación y el crecimiento de planetas, "Dijo Dasgupta.
