Un'illustrazione che mostra come una combinazione di tecniche di sintesi ad alta pressione statica e metodi dinamici ha permesso ai ricercatori di sondare la bridgmanite di silicato di magnesio, ritenuti predominanti nei manti dei pianeti rocciosi, in condizioni estreme imitando l'interno di una super-Terra. Credito:Yingwei Fei. Sandia Z Machine fotografia di Randy Montoya, Laboratori Nazionali Sandia.
Una nuova ricerca condotta da Yingwei Fei di Carnegie fornisce un quadro per comprendere gli interni delle super-Terre, esopianeti rocciosi tra 1,5 e 2 volte le dimensioni del nostro pianeta natale, che è un prerequisito per valutare il loro potenziale di abitabilità. I pianeti di queste dimensioni sono tra i più abbondanti nei sistemi esoplanetari. Il documento è pubblicato in Comunicazioni sulla natura .
"Sebbene le osservazioni della composizione atmosferica di un esopianeta saranno il primo modo per cercare tracce di vita oltre la Terra, molti aspetti dell'abitabilità della superficie di un pianeta sono influenzati da ciò che sta accadendo sotto la superficie del pianeta, ed è qui che entra in gioco la lunga esperienza del ricercatore Carnegie nelle proprietà dei materiali rocciosi a temperature e pressioni estreme, " ha spiegato il direttore del Laboratorio Terra e Pianeti Richard Carlson.
Sulla terra, la dinamica interna e la struttura del mantello di silicato e del nucleo metallico guidano la tettonica delle placche, e genera la geodinamo che alimenta il nostro campo magnetico e ci protegge da pericolose particelle ionizzanti e raggi cosmici. La vita come la conosciamo sarebbe impossibile senza questa protezione. Allo stesso modo, le dinamiche interne e la struttura delle super-Terre modelleranno le condizioni della superficie del pianeta.
Con le entusiasmanti scoperte di una varietà di esopianeti rocciosi negli ultimi decenni, sono super-Terre molto più massicce in grado di creare condizioni ospitali affinché la vita possa sorgere e prosperare?
La conoscenza di ciò che sta accadendo sotto la superficie di una super-Terra è cruciale per determinare se un mondo lontano è in grado di ospitare la vita. Ma le condizioni estreme degli interni planetari di una super massa terrestre sfidano la capacità dei ricercatori di sondare le proprietà dei materiali dei minerali che probabilmente si trovano lì.
È qui che entra in gioco il mimetismo di laboratorio.
Un'illustrazione di uno scienziato che utilizza tecniche di laboratorio per sondare le condizioni probabili negli interni degli esopianeti. Credito:Katherine Cain, Carnegie Istituto per la Scienza.
Per decenni, I ricercatori di Carnegie sono stati leader nel ricreare le condizioni degli interni dei pianeti sottoponendo piccoli campioni di materiale a pressioni immense e temperature elevate. Ma a volte anche queste tecniche raggiungono i loro limiti.
"Per costruire modelli che ci permettano di comprendere le dinamiche interne e la struttura delle super-Terre, dobbiamo essere in grado di prelevare dati da campioni che approssimano le condizioni che si troverebbero lì, che potrebbe superare 14 milioni di volte la pressione atmosferica, " Fei ha spiegato. "Tuttavia, abbiamo continuato a imbatterci in limitazioni quando si trattava di creare queste condizioni in laboratorio. "
Una svolta si è verificata quando il team, tra cui Asmaa Boujibar e Peter Driscoll di Carnegie, insieme a Christopher Seagle, Joshua Townsend, Chad McCoy, Luke Shulenburger, e Michael Furnish dei Sandia National Laboratories—è stato concesso l'accesso ai più potenti, macchina a impulsi magnetici (Z Pulsed Power Facility di Sandia) per scuotere direttamente un campione ad alta densità di bridgmanite, un silicato di magnesio ad alta pressione che si ritiene sia predominante nei manti dei pianeti rocciosi, al fine di esporlo al condizioni estreme rilevanti per l'interno delle super-Terre.
Una serie di esperimenti con onde d'urto iperveloci su materiale rappresentativo del mantello della super-Terra ha fornito misurazioni della densità e della temperatura di fusione che saranno fondamentali per interpretare le masse ei raggi osservati delle super-Terre.
I ricercatori hanno scoperto che sotto pressioni rappresentative degli interni della super-Terra, la bridgmanite ha un punto di fusione molto alto, che avrebbe importanti implicazioni per le dinamiche interne. In determinati scenari evolutivi termici, dicono, enormi pianeti rocciosi potrebbero avere una geodinamo guidata termicamente all'inizio della loro evoluzione, poi perderlo per miliardi di anni quando il raffreddamento rallenta. Una geodinamo sostenuta potrebbe eventualmente essere riavviata dal movimento di elementi più leggeri attraverso la cristallizzazione del nucleo interno.
"La capacità di effettuare queste misurazioni è fondamentale per sviluppare modelli affidabili della struttura interna di super-Terre fino a otto volte la massa del nostro pianeta, " Fei ha aggiunto. "Questi risultati avranno un profondo impatto sulla nostra capacità di interpretare i dati osservativi".
