O que acontece nas profundezas de mundos distantes?

A física e a química que ocorrem nas profundezas do nosso planeta são fundamentais para a existência da vida como a conhecemos. Mas que forças atuam no interior de mundos distantes e como essas condições afetam sua habitabilidade?

Um novo trabalho liderado pelo Carnegie Earth and Planetary Laboratory usa métodos de simulação de laboratório para revelar uma nova estrutura cristalina que tem grandes implicações para a nossa compreensão do interior de grandes exoplanetas rochosos. Suas descobertas foram publicadas anteriormente Anais da Academia Nacional de Ciências.

Rajkrishna Dutta, principal autor da Carnegie University, explicou: “A dinâmica interna do nosso planeta é essencial para manter um ambiente de superfície no qual a vida pode prosperar – impulsionando o geodínamo que cria nosso campo magnético e molda a composição de nossa atmosfera”. “As condições encontradas nas profundezas de grandes exoplanetas rochosos, como planetas superterrestres, seriam ainda mais extremas.”

Os minerais de silicato compõem a maior parte das camadas da Terra e acredita-se que também sejam um componente importante do interior de outros planetas rochosos, com base em cálculos de sua densidade. Na Terra, ocorrem mudanças estruturais nos silicatos abaixo alta pressão As condições de temperatura definem os principais limites no interior da Terra, como aqueles entre o manto superior e inferior.

A equipe de pesquisa – que incluiu Sally John Tracy de Carnegie, Ron Cohen, Francesca Mussi, Kai Lu e Jing Yang, bem como Pamela Burnley da Universidade de Nevada Las Vegas, Dean Smith e Yu Ming do Laboratório Nacional de Argonne e Stella Chariton e Can Vitaly Brakabenka, da Universidade de Chicago, Thomas Duffy, da Universidade de Princeton, está interessado em investigar o surgimento e o comportamento de novas formas de silicatos sob condições que imitam as de mundos distantes.

“Durante décadas, os pesquisadores da Carnegie foram pioneiros na recriação das condições internas dos planetas, colocando pequenas amostras de material sob enormes pressões e altas temperaturas”, disse Duffy.

Mas há limitações na capacidade dos cientistas de recriar as condições internas dos exoplanetas em laboratório. A modelagem teórica indicou o surgimento de novas fases de silicato sob as pressões esperadas nos mantos de exoplanetas rochosos que têm pelo menos quatro vezes a massa da Terra. Mas essa mudança ainda não foi percebida.

No entanto, o germânio é uma boa alternativa ao silício. Os dois elementos formam estruturas cristalinas semelhantes, mas o germânio induz uma transição entre fases químicas em temperaturas e pressões mais baixas, o que pode ser mais controlado em experimentos de laboratório.

Trabalhando com Granito Magnésio, Mg₂geo₄semelhante a um dos mantos mais abundantes minerais de silicatoNeste artigo, a equipe conseguiu reunir informações sobre os possíveis minerais das super-Terras e dos grandes exoplanetas rochosos.

Sob cerca de dois milhões de vezes a pressão atmosférica normal, apareceu uma nova fase com uma estrutura cristalina distinta compreendendo germânio ligado a oito oxigênios.

“O mais interessante para mim é que o magnésio e o germânio, que são dois elementos muito diferentes, se substituem na estrutura”, disse Cohen.

Sob condições ambientais, a maioria dos silicatos e germânios são organizados no que é chamado de estrutura tetraédrica, um silício central ou germânio ligado a outros quatro átomos. No entanto, em condições extremas, isso pode mudar.

Tracy explicou que “a descoberta de que, sob pressões extremas, os silicatos podem assumir uma estrutura voltada para seis ligações, em vez de quatro, foi uma mudança total em termos de compreensão dos cientistas da dinâmica profunda da Terra”. “A descoberta de uma tendência óctupla pode ter implicações revolucionárias semelhantes sobre como pensamos sobre a dinâmica do exoplaneta interno”.