Les scientifiques explorent la structure interne des exoplanètes rocheuses

Les scientifiques explorent la structure interne des exoplanètes rocheuses

Les progrès des observations astronomiques ont conduit à la découverte d'un grand nombre d'exoplanètes, dont certaines auraient une composition rocheuse similaire à celle de la Terre. L'étude de leur structure interne peut fournir des indices importants sur leur habitabilité potentielle.

Dirigée par Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), une équipe de chercheurs cherche à découvrir certains de ces secrets en étudiant les propriétés de l'oxyde de fer, un composant du manteau terrestre, sous les pressions et températures extrêmes susceptibles d'être trouvées dans les intestins. de ces grandes exoplanètes rocheuses. Les résultats de leurs expériences ont été publiés dans la revue Nature Geoscience.

«En raison de la quantité limitée de données disponibles, la plupart des modèles de la structure interne des exoplanètes rocheuses supposent une version à l'échelle de la Terre, constituée d'un noyau de fer entouré d'un manteau dominé par des silicates et des oxydes. Cependant, cette approche ignore largement les différentes propriétés des matériaux constitutifs qui peuvent avoir des pressions supérieures à celles qui existent à l'intérieur de la Terre », a déclaré Federica Coppari, physicienne du LLNL et auteur principal de l'étude.

Avec un nombre croissant d'exoplanètes confirmées, y compris celles que l'on pense être de nature rocheuse, il est impératif de mieux comprendre comment leurs blocs de construction planétaires se comportent au plus profond de ces corps.

À l'aide de lasers géants du laser Omega de l'Université de Rochester, les chercheurs ont comprimé l'échantillon d'oxyde de fer à près de 7 mégabars (ou Mbar - 7 millions de pression atmosphérique de la Terre), des conditions attendues dans les exoplanètes rocheuses environ cinq fois plus massives que la Terre.

Ils ont visé des lasers supplémentaires sur une petite feuille métallique pour créer une courte impulsion de rayons X suffisamment brillante pour leur permettre de capturer une image de diffraction des rayons X de l'échantillon comprimé.

«Une synchronisation précise est essentielle car la pression maximale est maintenue à pas plus d'un milliardième de seconde», disent les scientifiques. Parce que la diffraction des rayons X est particulièrement adaptée pour mesurer la distance entre les atomes et comment ils sont disposés dans un réseau cristallin, les chercheurs ont constaté que lorsque l'oxyde de fer se comprime à une pression supérieure à 3 Mbar - la pression du noyau interne de la Terre, il entre dans une autre phase où les atomes sont plus denses.

«Trouver une structure d'oxyde de fer à haute pression dans des conditions supérieures à celles trouvées à l'intérieur de la Terre est très intéressant car cette forme devrait avoir une viscosité beaucoup plus faible que la structure cristalline trouvée dans les conditions environnementales et dans le manteau terrestre», explique Federica Coppari.

En combinant les nouvelles données avec les mesures précédentes de l'oxyde de magnésium, un autre élément clé des planètes rocheuses, l'équipe a construit un modèle pour comprendre comment la transition de phase dans l'oxyde de fer pourrait affecter leur capacité à se mélanger.

Ils ont découvert que le manteau des grandes exoplanètes terrestres peut être très différent de ce qui est généralement supposé, probablement avec des viscosités, une conductivité électrique et des propriétés rhéologiques très différentes.

Les conditions plus extrêmes attendues à l'intérieur de grandes super-terres rocheuses favorisent une nouvelle minéralogie complexe où les matériaux constitutifs se mélangent (ou ne se mélangent pas), s'écoulent et se déforment d'une manière complètement différente de celle du manteau terrestre », disent les chercheurs. . «Le mélange joue non seulement un rôle dans la formation et l'évolution de la planète, mais affecte également considérablement la rhéologie et la conductivité, qui sont finalement liées à son habitabilité.

Pour l'avenir, on peut s'attendre à ce que ces travaux stimulent d'autres recherches expérimentales et théoriques visant à comprendre les propriétés de mélange des matériaux constitutifs dans des conditions de pression et de température sans précédent.

Il y a tellement plus à apprendre sur les matériaux dans des conditions extrêmes et encore plus sur la formation et l'évolution des planètes, dit Federica Coppari. Il est étonnant que nos expériences de laboratoire puissent jusqu'à présent scruter la structure interne des planètes avec une résolution sans précédent et contribuer à une compréhension plus profonde de l'univers.