Os cientistas estão explorando a estrutura interna dos exoplanetas rochosos
Avanços nas observações astronômicas levaram à descoberta de um grande número de exoplanetas, alguns dos quais teriam uma composição rochosa semelhante à da Terra. O estudo de sua estrutura interna pode fornecer pistas importantes sobre sua habitabilidade potencial.
Liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), uma equipe de pesquisadores está tentando descobrir alguns desses segredos estudando as propriedades do óxido de ferro, um componente do manto da Terra, sob as pressões e temperaturas extremas que provavelmente podem ser encontradas nos intestinos desses grandes exoplanetas rochosos. Os resultados de seus experimentos foram publicados na revista Nature Geoscience.
“Devido à quantidade limitada de dados disponíveis, a maioria dos modelos da estrutura interna dos exoplanetas rochosos assume uma versão em escala da Terra, consistindo em um núcleo de ferro rodeado por um manto dominado por silicatos e óxidos. No entanto, esta abordagem ignora amplamente as diferentes propriedades dos materiais constituintes que podem ter pressões superiores às existentes no interior da Terra ”, disse Federica Coppari, física do LLNL e principal autora do estudo.
Com um número crescente de exoplanetas confirmados, incluindo aqueles que se acredita serem de natureza rochosa, é imperativo obter uma melhor compreensão de como seus blocos de construção planetários se comportam profundamente dentro de tais corpos.
Usando lasers gigantes no Omega Laser da Universidade de Rochester, os pesquisadores comprimiram a amostra de óxido de ferro a quase 7 megabares (ou Mbar - 7 milhões de pressão atmosférica da Terra), condições esperadas em exoplanetas rochosos cerca de cinco vezes mais massivos que a Terra.
Eles apontaram lasers adicionais em uma pequena folha de metal para criar um pulso curto de raio-X brilhante o suficiente para permitir a captura de uma imagem de difração de raios-X da amostra comprimida.
“O tempo preciso é crítico porque a pressão de pico é mantida em não mais do que 1 bilionésimo de segundo”, dizem os cientistas. Como a difração de raios-X é exclusivamente adequada para medir a distância entre os átomos e como eles estão dispostos em uma rede de cristal, os pesquisadores descobriram que quando o óxido de ferro se comprime a uma pressão superior a 3 Mbar - a pressão do núcleo interno da Terra, entra em outra fase onde os átomos são compactados mais densamente.
“Encontrar uma estrutura de óxido de ferro de alta pressão em condições superiores às encontradas no interior da Terra é muito interessante porque se espera que essa forma tenha uma viscosidade muito menor do que a estrutura cristalina encontrada nas condições ambientais e no manto terrestre”, diz Federica Coppari.
Ao combinar os novos dados com medições anteriores de óxido de magnésio, outro componente-chave dos planetas rochosos, a equipe construiu um modelo para entender como a transição de fase no óxido de ferro pode afetar sua capacidade de mistura.
Eles descobriram que o manto de grandes exoplanetas terrestres pode ser muito diferente do que é comumente assumido, provavelmente com viscosidades, condutividade elétrica e propriedades reológicas muito diferentes.
As condições mais extremas esperadas dentro de grandes superteras rochosas estão promovendo uma mineralogia nova e complexa, onde os materiais constituintes se misturam (ou não se misturam), fluem e se deformam de uma maneira completamente diferente do que no manto da Terra ”, dizem os pesquisadores. . “A mistura não apenas desempenha um papel na formação e evolução do planeta, mas também afeta dramaticamente a reologia e a condutividade, que estão relacionadas, em última instância, à sua habitabilidade.
Olhando para o futuro, pode-se esperar que este trabalho estimule mais pesquisas experimentais e teóricas destinadas a compreender as propriedades de mistura de materiais constituintes sob pressões e condições de temperatura sem precedentes.
Há muito mais para aprender sobre materiais em condições extremas e ainda mais sobre a formação e evolução dos planetas, diz Federica Coppari. É incrível que nossos experimentos de laboratório possam perscrutar a estrutura interna dos planetas até agora com uma resolução sem precedentes e contribuir para uma compreensão mais profunda do universo.