Gli scienziati stanno esplorando la struttura interna degli esopianeti rocciosi

I progressi nelle osservazioni astronomiche hanno portato alla scoperta di un gran numero di esopianeti, alcuni dei quali si ritiene abbiano una composizione rocciosa simile a quella della Terra. Lo studio della loro struttura interna può fornire importanti indizi sulla loro potenziale abitabilità.

Guidato dal Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), un team di ricercatori sta cercando di scoprire alcuni di questi segreti studiando le proprietà dell'ossido di ferro, un componente del mantello terrestre, sotto le pressioni estreme e le temperature che si possono trovare nelle viscere di questi grandi esopianeti rocciosi. I risultati dei loro esperimenti sono stati pubblicati sulla rivista Nature Geoscience.

“A causa della quantità limitata di dati disponibili, la maggior parte dei modelli della struttura interna degli esopianeti rocciosi assume una versione in scala della Terra, costituita da un nucleo di ferro circondato da un mantello dominato da silicati e ossidi. Tuttavia, questo approccio ignora in gran parte le diverse proprietà dei materiali costituenti che possono avere pressioni superiori a quelle che esistono all'interno della Terra ", ha affermato Federica Coppari, fisica LLNL e autrice principale dello studio.

Con un numero crescente di esopianeti confermati, compresi quelli ritenuti di natura rocciosa, è imperativo acquisire una migliore comprensione di come i loro elementi costitutivi planetari si comportano in profondità all'interno di tali corpi.

Utilizzando laser giganti presso il laser Omega dell'Università di Rochester, i ricercatori hanno compresso il campione di ossido di ferro a quasi 7 megabar (o Mbar - 7 milioni di pressione atmosferica terrestre), condizioni previste per gli esopianeti rocciosi circa cinque volte più massicci della Terra.

Hanno puntato laser aggiuntivi su una piccola lamina di metallo per creare un breve impulso di raggi X abbastanza luminoso da consentire loro di catturare un'immagine di diffrazione di raggi X del campione compresso.

"Il tempismo accurato è fondamentale perché la pressione di picco viene mantenuta a non più di 1 miliardesimo di secondo", affermano gli scienziati. Poiché la diffrazione dei raggi X è particolarmente adatta per misurare la distanza tra gli atomi e il modo in cui sono disposti in un reticolo cristallino, i ricercatori hanno scoperto che quando l'ossido di ferro si comprime a una pressione superiore a 3 Mbar, la pressione del nucleo interno della Terra, entra in un'altra fase in cui gli atomi sono più densi.

"Trovare una struttura di ossido di ferro ad alta pressione in condizioni superiori a quelle trovate all'interno della Terra è molto interessante perché ci si aspetta che questa forma abbia una viscosità molto inferiore rispetto alla struttura cristallina che si trova in condizioni ambientali e nel mantello terrestre", afferma Federica. Coppari.

Combinando i nuovi dati con le precedenti misurazioni dell'ossido di magnesio, un altro componente chiave dei pianeti rocciosi, il team ha costruito un modello per capire come la transizione di fase nell'ossido di ferro potrebbe influenzare la loro capacità di mescolarsi.

Hanno scoperto che il mantello di grandi esopianeti terrestri può essere molto diverso da ciò che si presume comunemente, probabilmente con viscosità, conduttività elettrica e proprietà reologiche molto diverse.

Le condizioni più estreme previste all'interno di grandi super-terre rocciose stanno favorendo una nuova e complessa mineralogia in cui i materiali costituenti si mescolano (o non si mescolano), scorrono e si deformano in un modo completamente diverso rispetto al mantello terrestre ", affermano i ricercatori . “La miscelazione non solo gioca un ruolo nella formazione e nell'evoluzione del pianeta, ma influisce anche in modo drammatico sulla reologia e la conduttività, che sono in ultima analisi legate alla sua abitabilità.

In prospettiva, ci si può aspettare che questo lavoro stimoli ulteriori ricerche sperimentali e teoriche volte a comprendere le proprietà di miscelazione dei materiali costituenti in condizioni di pressione e temperatura senza precedenti.

C'è molto di più da imparare sui materiali in condizioni estreme e ancora di più sulla formazione e l'evoluzione dei pianeti, afferma Federica Coppari. È sorprendente che i nostri esperimenti di laboratorio possano scrutare la struttura interna dei pianeti finora con una risoluzione senza precedenti e contribuire a una comprensione più profonda dell'universo.