¿Qué sucede en las profundidades de mundos lejanos?

La física y la química que tiene lugar en lo profundo de nuestro planeta son fundamentales para la existencia de la vida tal como la conocemos. Pero, ¿qué fuerzas actúan en el interior de los mundos lejanos y cómo afectan estas condiciones a su habitabilidad?

Un nuevo trabajo dirigido por Carnegie Earth and Planetary Laboratory utiliza métodos de simulación de laboratorio para revelar una nueva estructura cristalina que tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión del interior de grandes exoplanetas rocosos. Sus hallazgos han sido publicados previamente. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Rajkrishna Dutta, autor principal de la Universidad Carnegie, explicó: “La dinámica interna de nuestro planeta es esencial para mantener un entorno superficial en el que la vida pueda prosperar, impulsando la geodinamo que crea nuestro campo magnético y da forma a la composición de nuestra atmósfera”. “Las condiciones en las profundidades de grandes exoplanetas rocosos, como los planetas superterrestres, serían aún más extremas”.

Los minerales de silicato constituyen la mayoría de las capas de la Tierra y se cree que también son un componente importante del interior de otros planetas rocosos, según los cálculos de su densidad. En la Tierra, ocurren cambios estructurales en los silicatos debajo alta presión Las condiciones de temperatura definen los principales límites en las profundidades del interior de la Tierra, como los que se encuentran entre el manto superior e inferior.

El equipo de investigación, que incluía a Sally John Tracy de Carnegie, Ron Cohen, Francesca Mussi, Kai Lu y Jing Yang, así como a Pamela Burnley de la Universidad de Nevada Las Vegas, Dean Smith y Yu Ming del Laboratorio Nacional de Argonne y Stella Chariton. y Can Vitaly Brakabenka de la Universidad de Chicago Thomas Duffy de la Universidad de Princeton está interesado en investigar la aparición y el comportamiento de nuevas formas de silicatos en condiciones que imitan a las de mundos distantes.

“Durante décadas, los investigadores de Carnegie han sido pioneros en recrear las condiciones internas de los planetas colocando pequeñas muestras de material bajo enormes presiones y altas temperaturas”, dijo Duffy.

Pero existen limitaciones en la capacidad de los científicos para recrear las condiciones internas de los exoplanetas en el laboratorio. El modelado teórico indicó la aparición de nuevas fases de silicato bajo las presiones que se esperaba que existieran en los mantos de exoplanetas rocosos que tienen al menos cuatro veces la masa de la Tierra. Pero este cambio aún no se ha notado.

Sin embargo, el germanio es una buena alternativa al silicio. Los dos elementos forman estructuras cristalinas similares, pero el germanio induce una transición entre fases químicas a temperaturas y presiones más bajas, que puede controlarse mejor en experimentos de laboratorio.

Trabajando con Granito de Magnesio, Mg₂geo₄similar a uno de los mantos más abundantes minerales de silicatoEn este artículo, el equipo pudo recopilar información sobre los posibles minerales de las supertierras y los grandes exoplanetas rocosos.

Bajo aproximadamente dos millones de veces la presión atmosférica normal, apareció una nueva fase con una estructura cristalina distinta que comprende germanio unido a ocho oxígenos.

“Lo más interesante para mí es que el magnesio y el germanio, que son dos elementos muy diferentes, se reemplazan en la estructura”, dijo Cohen.

En condiciones ambientales, la mayoría de los silicatos y germanios están organizados en lo que se llama una estructura tetraédrica, un silicio central o germanio unido a otros cuatro átomos. Sin embargo, bajo condiciones extremas, esto puede cambiar.

Tracy explicó que “el descubrimiento de que, bajo presiones extremas, los silicatos podrían adoptar una estructura orientada hacia seis enlaces, en lugar de cuatro, fue un cambio total en términos de comprensión científica de la dinámica profunda de la Tierra”. “El descubrimiento de una tendencia óctuple podría tener implicaciones igualmente revolucionarias sobre cómo pensamos sobre la dinámica del exoplaneta interior”.