Le enormi forze generate dalla macchina Z presso i Sandia National Laboratories vengono utilizzate per replicare le pressioni gravitazionali sulle cosiddette "super-Terre" per determinare quali potrebbero mantenere le atmosfere che potrebbero supportare la vita.

Gli astronomi credono che le super-Terre, raccolte di rocce fino a otto volte più grandi della Terra, esistano a milioni nella nostra galassia. "La domanda che abbiamo di fronte è se qualcuno di questi super pianeti sia effettivamente simile alla Terra, con processi geologici attivi, atmosfere e campi magnetici, ", ha detto il fisico di Sandia Joshua Townsend.

L'attuale lavoro in Z è descritto in Today's Comunicazioni sulla natura . Ricercatori del programma di scienze fondamentali di Sandia, lavorando con i colleghi dell'Earth and Planets Laboratory della Carnegie Institution for Science a Washington, DC, utilizzare le forze disponibili presso l'esclusiva struttura Z di Sandia per applicare quasi istantaneamente l'equivalente di enormi pressioni gravitazionali alla bridgmanite, noto anche come magnesio-silicato, il materiale più abbondante nei pianeti solidi.

Gli esperimenti, disse Townsend, ha dato vita a una tabella supportata da dati che mostra quando l'interno di un pianeta sarebbe solido, liquido o gassoso a varie pressioni, temperature e densità, e in quali intervalli di tempo previsti. Solo un nucleo liquido, con i suoi metalli che si spostano l'uno sull'altro in condizioni simili a quelle di una dinamo terrestre, produce i campi magnetici che possono allontanare dall'atmosfera di un pianeta i distruttivi venti solari e i raggi cosmici, permettendo alla vita di sopravvivere. Questa informazione critica sull'intensità del campo magnetico prodotta dagli stati del nucleo di super-Terre di diverse dimensioni non era precedentemente disponibile:i nuclei sono ben nascosti dalla maggior parte dei pianeti che li circondano, e quindi non visibile dalla visualizzazione remota. Per i ricercatori che preferivano gli esperimenti terreni piuttosto che l'imaging a lunga distanza, pressioni sufficienti non erano disponibili fino a quando le capacità di Z non sono state arruolate.

Yingwei Fei, l'autore corrispondente dell'attuale studio e scienziato senior del Carnegie's Earth and Planets Laboratory, è noto per la sua abilità nel sintetizzare bridgmanite di grande diametro utilizzando presse multiton con incudini di diamante sinterizzato.

"Z ha fornito alla nostra collaborazione uno strumento unico che nessun'altra tecnica può eguagliare, per noi di esplorare le condizioni estreme degli interni delle super-Terre, " ha detto. "I dati di alta qualità senza precedenti della macchina sono stati fondamentali per far progredire la nostra conoscenza delle super-Terre".

I magnifici sette

Ulteriori analisi dello stato dei materiali gassosi e densi su specifiche super-Terre hanno prodotto un elenco di sette pianeti forse meritevoli di ulteriori studi:55 Cancri e; Keplero 10b, 36b, 80e, e 93b; CoRoT-7b; e HD-219134b.

Il manager di Sandia Christopher Seagle, che con Fei inizialmente propose questi esperimenti, disse, "Questi pianeti, che abbiamo trovato più probabile per sostenere la vita, sono stati selezionati per ulteriori studi perché hanno rapporti simili alla Terra nel loro ferro, silicati e gas volatili, oltre alle temperature interne favorevoli al mantenimento dei campi magnetici per la protezione dal vento solare."

Il focus su supersize, piuttosto che piccolo, pianeti sono nati perché le grandi pressioni gravitazionali significano che le atmosfere hanno maggiori probabilità di sopravvivere a lungo raggio, disse Townsend.

Per esempio, Egli ha detto, "Poiché Marte era più piccolo, aveva un campo gravitazionale più debole per cominciare. Poi, mentre il suo nucleo si raffreddava rapidamente, ha perso il suo campo magnetico e la sua atmosfera è stata successivamente strappata via."

Z in azione

Per questi esperimenti, la macchina Z, con condizioni operative fino a 26 milioni di ampere e centinaia di migliaia di volt, crea impulsi magnetici di enorme potenza che accelerano pezzi di rame e alluminio delle dimensioni di una carta di credito chiamati flyer-plates. Questi sono stati lanciati molto più velocemente di un proiettile di fucile in campioni di bridgmanite, il minerale più comune della Terra. La pressione quasi istantanea dell'interazione forte ha creato onde sonore longitudinali e trasversali nel materiale che rivelano se il materiale rimane solido o si trasforma in un liquido o in un gas, ha detto il ricercatore di Sandia e autore di articoli Chad McCoy. Con questi nuovi risultati, ai ricercatori sono stati forniti dati solidi su cui ancorare modelli planetari altrimenti teorici.

Il documento tecnico conclude che i dati di densità ad alta precisione e le temperature di fusione senza precedenti raggiunte dalla macchina Z "forniscono parametri di riferimento per i calcoli teorici in condizioni estreme".

Concluse Fei, "La nostra collaborazione con gli scienziati di Sandia ha portato a risultati che incoraggeranno un'esplorazione più accademica degli esopianeti, la cui scoperta ha catturato l'immaginazione del pubblico."

"Questo lavoro identifica interessanti esopianeti candidati da esplorare ulteriormente, ", ha detto Seagle. "La compressione degli urti Z e l'insolita capacità di Fei di sintetizzare bridgmanite di grande diametro offrono l'opportunità di ottenere dati relativi agli esopianeti che non sarebbero possibili da nessun'altra parte".