Insieme alla sua funzione estetica di aiutare a creare la gloriosa Aurora Boreale, o aurora boreale, il potente campo magnetico che circonda il nostro pianeta ha anche un valore pratico abbastanza importante:rende possibile la vita.

Deviando particelle cariche nocive dal sole e dai raggi cosmici che bombardano costantemente il pianeta, e impedendo al vento solare di erodere l'atmosfera, Il campo magnetico terrestre ha permesso a forme di vita multicellulari fino all'uomo compreso di svilupparsi e sopravvivere.

E adesso, con la scoperta di migliaia di pianeti oltre il sistema solare conosciuti come esopianeti, gli scienziati sono ansiosi di sapere se le "super-Terre" rocciose, " fino a 10 volte più massiccio della Terra, potrebbe anche essere in grado di ospitare la vita.

"Trovare esopianeti abitabili è uno dei tre obiettivi principali delle comunità di scienze planetarie e astronomia, ", ha detto il fisico del Lawrence Livermore National Laboratory Rick Kraus. "Con queste scoperte vengono molte domande:che aspetto hanno questi pianeti? Il nostro sistema solare è unico? La Terra è unica? O più precisamente, la Terra è abitabile in modo univoco?"

Queste domande hanno ispirato un'attuale campagna Discovery Science della National Ignition Facility (NIF) volta a determinare se i pianeti rocciosi giganti potrebbero avere campi magnetici simili alla Terra. Un'atmosfera, il clima mite e l'acqua liquida sono generalmente considerati gli elementi essenziali per la vita come la conosciamo per evolversi, ma la presenza di un campo magnetico è altrettanto importante, disse Kraus. "La tettonica a zolle attiva e una magnetosfera sono entrambi considerati requisiti per un esopianeta abitabile, " ha detto. "Un ambiente superficiale stabile privo di radiazioni ionizzanti è una delle qualità più importanti di un pianeta che sono considerate un requisito per l'abitabilità".

Il campo magnetico terrestre viene generato mentre le correnti di convezione nel nucleo esterno di ferro liquido del pianeta vengono attorcigliate dalla rotazione del pianeta, creando una magneto-dinamo che produce la magnetosfera (le dinamo convertono l'energia meccanica in energia elettrica o in questo caso, magnetismo). Un pianeta con solo un nucleo solido potrebbe non avere un campo magnetico, e quindi è improbabile che accolga la vita come la conosciamo.

"Dobbiamo capire la transizione di fusione dei nuclei di ferro per determinare se è anche possibile avere un nucleo esterno liquido e un nucleo interno solido all'interno di una super-Terra, " ha detto Kraus.

La curva di fusione è critica

"Le pressioni interne delle super-Terre sono così estreme, fino a 35 milioni di volte la pressione atmosferica (della Terra), che abbiamo pochissime informazioni su come i materiali potrebbero effettivamente comportarsi al loro interno, " ha aggiunto. "La curva di fusione del ferro è fondamentale per affrontare la questione se una super-Terra possa avere una magnetosfera protettiva. È la solidificazione del ferro indotta dalla pressione che rilascia il calore latente che guida il complesso flusso convettivo all'interno del nucleo di un pianeta".

Il team di ricerca sta utilizzando una piattaforma sperimentale NIF chiamata TARDIS (target diffraction in situ) per studiare la curva di fusione del ferro a pressioni che vanno da cinque a 20 megabar (da cinque a 20 milioni di atmosfere terrestri). La diagnostica per diffrazione a raggi X TARDIS è progettata per far luce sui cambiamenti di fase, o transizioni strutturali tra stati della materia, che si verificano in materiali sottoposti a pressioni e temperature così estreme (vedere "Il TARDIS del NIF mira a conquistare il tempo e lo spazio").

La campagna si basa su una nuova tecnica sperimentale sviluppata presso l'Omega Laser Facility dell'Università di Rochester. I ricercatori hanno scosso un campione di ferro in modo che si liquefa a 2,5 Mbar e quindi utilizzano la compressione rampa (senza shock) per comprimerlo a 10 Mbar. Diffrazione di raggi X in situ, attualmente il mezzo più accettato per misurare la fusione e la solidificazione, viene utilizzato per confermare che il primo urto ha fuso il materiale e la successiva onda di compressione a rampa ne ha causato la risolidificazione (a differenza della compressione d'urto, la compressione a rampa mantiene basse le temperature del campione e consente lo studio della materia compressa a densità estreme).

"Gli esperimenti rappresentano anche un significativo progresso rispetto a ciò che può essere esplorato sulla fusione del ferro utilizzando esperimenti di compressione statica, " ha detto il principale investigatore della campagna, Russell Hemley della George Washington University, direttore del Carnegie/DOE Alliance Center (CDAC). "Questi esperimenti fino ad oggi sono stati limitati a pressioni di circa tre Mbar, o le pressioni del nucleo terrestre, e sono stati controversi. Quindi i nuovi risultati miglioreranno anche la nostra comprensione del nucleo del nostro pianeta e forniranno informazioni cruciali su la natura delle super-Terre e la loro potenziale abitabilità."

"Un modo per pensare a questo esperimento, "Kraus ha detto, "è che usiamo l'onda d'urto per creare uno stato termico caldo e denso nel ferro simile a quello all'interno del nucleo esterno di ferro liquido di una super-Terra. Quindi, comprimendo successivamente il ferro senza scosse, simuliamo il percorso termodinamico che sarebbe sperimentato da un pacco di ferro che si convesse in profondità all'interno del nucleo liquido di una super-Terra. Con la diffrazione dei raggi X, possiamo rispondere direttamente alla domanda se quel pezzo di ferro si solidificherebbe quando raggiunge una profondità prescritta".

Il NIF è l'unica struttura in grado di raggiungere e sondare questi stati estremi della materia. Gli esperimenti richiedono l'intensità energetica elevata e sostenuta ottenibile solo su NIF, e l'esclusiva capacità di modellare gli impulsi del laser consente la compressione a rampa del ferro da 5 a 20 Mbar. La campagna ha ricevuto sei giorni di scatto negli anni fiscali dal 2016 al 2018, abbastanza per 12 esperimenti.

"Se osserviamo la solidificazione, la diffrazione dal ferro solidificato, nella scala temporale molto più breve di un esperimento laser, "Kraus ha detto, "allora sappiamo che la curva di fusione è abbastanza ripida da avere un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido, che potrebbe attivare una magneto-dinamo all'interno delle super-Terre. Quindi, il nostro obiettivo è esplorare i diversi stati di entropia, o profili di temperatura, che può essere raggiunto nei nuclei delle super-Terre e sondare il percorso termodinamico intrapreso da un pacco di ferro liquido discendente. Questa scoperta sarebbe un passo avanti fondamentale nel determinare i tipi di pianeti extrasolari che potrebbero essere abitabili".