p Em um artigo publicado hoje por Astronomia da Natureza , uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), Universidade de Princeton, A Johns Hopkins University e a University of Rochester forneceram a primeira relação massa-raio baseada em experimentos para um hipotético planeta de ferro puro em condições de núcleo super-terrestre. p Esta descoberta pode ser usada para avaliar o espaço de composição plausível para grandes, exoplanetas rochosos, formando a base de futuros modelos de interiores planetários, que, por sua vez, pode ser usado para interpretar com mais precisão os dados de observação da missão espacial Kepler e ajudar na identificação de planetas adequados para habitabilidade.

p "A descoberta de um grande número de planetas fora do nosso sistema solar foi uma das descobertas científicas mais emocionantes desta geração, "disse Ray Smith, um físico do LLNL e principal autor da pesquisa. "Essas descobertas levantam questões fundamentais. Quais são os diferentes tipos de planetas extrasolares e como eles se formam e evoluem? Quais desses objetos podem potencialmente sustentar condições de superfície adequadas para a vida? Para responder a essas questões, é preciso entender a composição e a estrutura interior desses objetos. "

p Dos mais de 4, 000 planetas extrasolares confirmados e candidatos, aqueles que têm de uma a quatro vezes o raio da Terra são agora conhecidos por serem os mais abundantes. Este intervalo de tamanho, que se estende entre a Terra e Netuno, não é representado em nosso próprio sistema solar, indicando que os planetas se formam em uma ampla gama de condições físicas do que se pensava anteriormente.

p "Determinar a estrutura interna e a composição desses planetas da super-Terra é um desafio, mas é crucial para compreender a diversidade e a evolução dos sistemas planetários em nossa galáxia, "Smith disse.

p Como as pressões do núcleo, mesmo para um planeta de massa terrestre de 5 × podem chegar a 2 milhões de atmosferas, um requisito fundamental para restringir a composição exoplanetária e a estrutura interna é uma determinação precisa das propriedades do material em pressões extremas. Ferro (Fe) é um elemento cosmoquimicamente abundante e, como o constituinte dominante dos núcleos planetários terrestres, é um material chave para estudar os interiores da super-Terra. Uma compreensão detalhada das propriedades do ferro nas condições da super-Terra é um componente essencial dos experimentos da equipe.

p Os pesquisadores descrevem uma nova geração de experimentos de laser de alta potência, que usam técnicas de compressão de rampa para fornecer a primeira equação absoluta de medições de estado de Fe nas condições extremas de pressão e densidade encontradas nos núcleos da super-Terra. Essa compressão dinâmica livre de choque é exclusivamente adequada para compactar matéria com aquecimento mínimo a pressões TPa (1 TPa =10 milhões de atmosferas).

p Os experimentos foram conduzidos no National Ignition Facility (NIF) do LLNL. NIF, o maior e mais energético laser do mundo, pode fornecer até 2 megajoules de energia do laser em 30 nanossegundos e fornece a potência e o controle do laser necessários para aumentar a compressão dos materiais para as pressões TPa. Os experimentos da equipe atingiram pressões máximas de 1,4 TPa, pressão quatro vezes maior do que os resultados estáticos anteriores, representando as condições básicas encontradas em um planeta com massa da Terra 3-4x.

p "Modelos interiores planetários, que dependem de uma descrição dos materiais constituintes sob pressões extremas, são comumente baseados em extrapolações de dados de baixa pressão e produzem uma ampla gama de estados materiais predicados. Nossos dados experimentais fornecem uma base mais firme para estabelecer as propriedades de um planeta super-terrestre com um planeta de ferro puro, "Disse Smith." Além disso, nosso estudo demonstra a capacidade de determinação de equações de estado e outras propriedades termodinâmicas importantes dos materiais do núcleo planetário em pressões muito além das técnicas estáticas convencionais. Essas informações são cruciais para avançar nossa compreensão da estrutura e dinâmica de grandes exoplanetas rochosos e sua evolução. "

p Futuros experimentos em NIF estenderão o estudo de materiais planetários a vários TPa, combinando técnicas de difração de raios-X em nanossegundos para determinar a evolução da estrutura cristalina com a pressão.