Cosa succede nelle profondità di mondi lontani?

La fisica e la chimica che si svolgono nelle profondità del nostro pianeta sono fondamentali per l’esistenza della vita come la conosciamo. Ma quali forze agiscono all’interno di mondi lontani, e in che modo queste condizioni influiscono sulla loro abitabilità?

Il nuovo lavoro condotto dal Carnegie Earth and Planetary Laboratory utilizza metodi di simulazione di laboratorio per rivelare una nuova struttura cristallina che ha importanti implicazioni per la nostra comprensione degli interni di grandi esopianeti rocciosi. I loro risultati sono stati precedentemente pubblicati Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

Rajkrishna Dutta, autrice principale della Carnegie University, ha spiegato: “Le dinamiche interne del nostro pianeta sono essenziali per mantenere un ambiente di superficie in cui la vita possa prosperare, guidando la geodinamo che crea il nostro campo magnetico e modella la composizione della nostra atmosfera”. “Le condizioni che si trovano nelle profondità di grandi esopianeti rocciosi come i pianeti superterrestri sarebbero ancora più estreme”.

I minerali di silicato costituiscono la maggior parte degli strati terrestri e si ritiene che siano un componente importante anche degli interni di altri pianeti rocciosi, in base ai calcoli della loro densità. Sulla Terra, si verificano cambiamenti strutturali nei silicati sottostanti alta pressione Le condizioni di temperatura definiscono i confini principali in profondità all’interno della Terra, come quelli tra il mantello superiore e quello inferiore.

Il gruppo di ricerca – che comprendeva Sally John Tracy di Carnegie, Ron Cohen, Francesca Mussi, Kai Lu e Jing Yang, nonché Pamela Burnley dell’Università del Nevada Las Vegas, Dean Smith e Yu Ming dell’Argonne National Laboratory e Stella Chariton e Can Vitaly Brakabenka dell’Università di Chicago Thomas Duffy dell’Università di Princeton è interessato a studiare l’emergere e il comportamento di nuove forme di silicati in condizioni che imitano quelle su mondi lontani.

“Per decenni, i ricercatori di Carnegie hanno aperto la strada a ricreare le condizioni interne dei pianeti ponendo piccoli campioni di materiale a pressioni enormi e temperature elevate”, ha affermato Duffy.

Ma ci sono limitazioni alla capacità degli scienziati di ricreare le condizioni interne degli esopianeti in laboratorio. La modellazione teorica ha indicato l’emergere di nuove fasi di silicato sotto le pressioni che dovrebbero esistere nei mantelli di esopianeti rocciosi che sono almeno quattro volte la massa della Terra. Ma questo cambiamento non è stato ancora notato.

Tuttavia, il germanio è una buona alternativa al silicio. I due elementi formano strutture cristalline simili, ma il germanio induce una transizione tra fasi chimiche a temperature e pressioni inferiori, che possono essere più controllate negli esperimenti di laboratorio.

Lavorando con granito di magnesio, Mg₂geo₄simile a uno dei mantelli più abbondanti minerali di silicatoIn questo articolo, il team è stato in grado di raccogliere informazioni sui possibili minerali delle super-Terre e dei grandi esopianeti rocciosi.

Sotto circa due milioni di volte la pressione atmosferica normale, apparve una nuova fase con una struttura cristallina distinta comprendente germanio legato a otto ossigeni.

“La cosa più interessante per me è che magnesio e germanio, che sono due elementi molto diversi, si sostituiscono a vicenda nella struttura”, ha detto Cohen.

In condizioni ambientali, la maggior parte dei silicati e dei germani sono organizzati in quella che viene chiamata una struttura tetraedrica, un silicio centrale o germanio legato ad altri quattro atomi. Tuttavia, in condizioni estreme, questo può cambiare.

Tracy ha spiegato che “la scoperta che sotto pressioni estreme, i silicati potrebbero assumere una struttura orientata verso sei legami, anziché quattro, è stata una svolta totale in termini di comprensione da parte degli scienziati delle dinamiche profonde della Terra”. “La scoperta di una tendenza ottuplice potrebbe avere implicazioni altrettanto rivoluzionarie per il modo in cui pensiamo alle dinamiche dell’esopianeta interno”.