Liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), uma equipe de pesquisadores visa desvendar alguns desses segredos ao compreender as propriedades do óxido de ferro - um dos constituintes do manto da Terra - nas pressões e temperaturas extremas que provavelmente são encontradas no interior desses grandes planetas extrasolares rochosos. Os resultados de seus experimentos foram publicados hoje na Nature Geoscience .
"Devido à quantidade limitada de dados disponíveis, a maioria dos modelos de estrutura interna de exoplanetas rochosos assume uma versão ampliada da Terra, consistindo em um núcleo de ferro, cercado por um manto dominado por silicatos e óxidos. No entanto, essa abordagem é amplamente negligencia as diferentes propriedades que os materiais constituintes podem ter em pressões que excedem as existentes dentro da Terra ", disse Federica Coppari, física do LLNL e principal autora do estudo. "Com o número cada vez maior de exoplanetas confirmados, incluindo aqueles que se acredita serem rochosos por natureza, é fundamental obter uma melhor compreensão de como seus blocos de construção planetários se comportam dentro de tais corpos".
Usando lasers gigantes na Instalação de Laser Ômega da Universidade de Rochester, os pesquisadores espremeram uma amostra de óxido de ferro a quase 7 megabares (ou Mbar - 7 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra), condições esperadas no interior de exoplanetas rochosos aproximadamente cinco vezes mais massivos do que Terra. Eles explodiram lasers adicionais em uma pequena folha de metal para criar um breve pulso de raios-X, brilhante o suficiente para permitir que eles capturassem um instantâneo de difração de raios-X da amostra comprimida.
"O tempo preciso é crítico, pois o estado de pressão de pico não é mantido por mais de 1 bilionésimo de segundo", disse Coppari. Como a difração de raios-X é exclusivamente adequada para fornecer uma medição da distância entre os átomos e como eles estão dispostos em uma rede cristalina, a equipe descobriu que quando o óxido de ferro é comprimido a pressões superiores a 3 Mbar - a pressão do núcleo interno da Terra - é se transforma para uma fase diferente, onde os átomos são mais densamente compactados.
"Encontrar a estrutura de óxido de ferro de alta pressão em condições superiores às existentes no interior da Terra é muito interessante porque se espera que esta forma tenha uma viscosidade muito menor do que a estrutura de cristal encontrada nas condições ambientais e no manto da Terra", disse Coppari.
Combinando os novos dados com medições anteriores de óxido de magnésio, outro constituinte 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 geralmente é imaginado, provavelmente tendo viscosidade, condutividade elétrica e propriedades reológicas muito diferentes.
"As condições mais extremas esperadas dentro de grandes superterras rochosas favorecem o surgimento de uma nova e complexa mineralogia 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", disse Coppari. "A mistura não só desempenha um papel na formação e evolução do planeta, mas também afeta drasticamente a reologia e a condutividade, que estão relacionadas, em última instância, à sua habitabilidade".
Olhando para o futuro, espera-se que esta pesquisa estimule mais estudos experimentais e teóricos com o objetivo de compreender as propriedades de mistura dos materiais constituintes a pressões e condições de temperatura sem precedentes.
“Ainda há muito o que aprender sobre materiais em condições extremas e ainda mais sobre a formação e evolução de planetas”, disse ela. "É estonteante pensar que nossos experimentos de laboratório podem perscrutar a estrutura interior de planetas tão distantes com resolução sem precedentes e contribuir para uma compreensão mais profunda do Universo".
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F. Coppari et al. Implicações da transição de fase do óxido de ferro no interior de exoplanetas rochosos, Nature Geoscience (2021). DOI: 10.1038 / s41561-020-00684-y
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