Para medir estruturas cristalinas em escala atômica em alta pressão e temperatura, uma célula de bigorna de diamante com uma amostra é alinhada com um feixe de raios-X (linha azul) e feixes de laser (áreas laranja). Os feixes de laser aquecem a amostra a milhares de Kelvin de temperatura. O pequeno retângulo vermelho / cinza imprensado entre bigornas de diamante é a amostra. Crédito:Dan Shim / ASU
Observações astrofísicas mostraram que exoplanetas ricos em água semelhantes a Netuno são comuns em nossa galáxia. Acredita-se que esses "mundos aquáticos" sejam cobertos por uma espessa camada de água, centenas a milhares de milhas de profundidade, acima de um manto rochoso.
Embora exoplanetas ricos em água sejam comuns, sua composição é muito diferente da Terra, então, há muitas incógnitas em termos da estrutura desses planetas, composição e ciclos geoquímicos.
Na tentativa de aprender mais sobre esses planetas, uma equipe internacional de pesquisadores, liderado pela Arizona State University, forneceu um dos primeiros estudos de laboratório de mineralogia para exoplanetas ricos em água. Os resultados de seu estudo foram publicados recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
"O estudo das reações e processos químicos é um passo essencial para o desenvolvimento de uma compreensão desses tipos comuns de planetas, "disse o co-autor Dan Shim, da Escola de Exploração Terrestre e Espacial da ASU.
A conjectura científica geral é que a água e a rocha formam camadas separadas no interior dos mundos aquáticos. Porque a água é mais leve, abaixo da camada de água em planetas ricos em água, deve haver uma camada rochosa. Contudo, a pressão e a temperatura extremas na fronteira entre a água e as camadas rochosas podem alterar fundamentalmente o comportamento desses materiais.
Para simular essa alta pressão e temperatura no laboratório, A autora principal e cientista pesquisadora Carole Nisr conduziu experimentos no Laboratório de Materiais da Terra e Planetários de Shim na ASU usando células de bigorna de diamante de alta pressão.
Em uma célula de bigorna de diamante, dois diamantes de cristal único de qualidade de gema são moldados em bigornas (parte superior plana na foto) e, em seguida, frente a frente. As amostras são carregadas entre os culets (superfícies planas), então a amostra é comprimida entre as bigornas. Crédito:Dan Shim / ASU
Para seu experimento, a equipe imergiu sílica em água, comprimiu a amostra entre os diamantes a uma pressão muito alta, em seguida, aqueceu a amostra com feixes de laser a mais de alguns milhares de graus Fahrenheit.
A equipe também conduziu aquecimento a laser no Laboratório Nacional de Argonne, em Illinois. Para monitorar a reação entre a sílica e a água, As medições de raios-X foram feitas enquanto o laser aquecia a amostra em altas pressões.
O que eles descobriram foi uma nova fase sólida inesperada com silício, hidrogênio e oxigênio juntos.
"Originalmente, pensava-se que as camadas de água e rocha em planetas ricos em água eram bem separadas, "Nisr disse." Mas descobrimos através de nossos experimentos uma reação até então desconhecida entre água e sílica e estabilidade de uma fase sólida aproximadamente em uma composição intermediária. A distinção entre água e rocha parecia ser surpreendentemente 'difusa' em alta pressão e alta temperatura. "
Os pesquisadores esperam que essas descobertas aumentem nosso conhecimento sobre a estrutura e composição de planetas ricos em água e seus ciclos geoquímicos.
"Nosso estudo tem implicações importantes e levanta novas questões para a composição química e estrutura do interior de exoplanetas ricos em água, "Nisr disse." O ciclo geoquímico para planetas ricos em água pode ser muito diferente daquele dos planetas rochosos, como a Terra. "
