As enormes forças geradas pela máquina Z no Sandia National Laboratories estão sendo usadas para replicar as pressões gravitacionais nas chamadas "super-Terras" para determinar quais podem manter atmosferas que poderiam sustentar vida.

Os astrônomos acreditam que as super-Terras - coleções de rochas até oito vezes maiores que a Terra - existem aos milhões em nossa galáxia. "A questão diante de nós é se algum desses superplanetas é realmente semelhante à Terra, com processos geológicos ativos, atmosferas e campos magnéticos, "disse o físico de Sandia Joshua Townsend.

O trabalho atual na Z é descrito no Nature Communications . Pesquisadores do Programa de Ciências Fundamentais da Sandia, trabalhando com colegas do Laboratório da Terra e Planetas do Carnegie Institution for Science em Washington, D.C., usar as forças disponíveis na instalação Z exclusivamente poderosa de Sandia para aplicar quase instantaneamente o equivalente a enormes pressões gravitacionais a bridgmanite, também conhecido como silicato de magnésio, o material mais abundante em planetas sólidos.

Os experimentos, disse Townsend, deu origem a uma tabela baseada em dados que mostra quando o interior de um planeta seria sólido, líquido ou gasoso sob várias pressões, temperaturas e densidades, e em quais intervalos de tempo previstos. Apenas um núcleo líquido - com seus metais deslocando-se uns sobre os outros em condições semelhantes às de um dínamo terrestre - produz os campos magnéticos que podem desviar os ventos solares destrutivos e os raios cósmicos da atmosfera de um planeta, permitindo que a vida sobreviva. Esta informação crítica sobre a intensidade do campo magnético produzida pelos estados centrais de super-Terras de diferentes tamanhos estava anteriormente indisponível:os núcleos estão bem escondidos pela maior parte dos planetas que os rodeiam, e, portanto, não é visível por visualização remota. Para pesquisadores que preferiram experimentos terrestres em vez de imagens de longa distância, pressões suficientes não estavam disponíveis até que as capacidades de Z fossem alistadas.

Yingwei Fei, o autor correspondente do estudo atual e cientista sênior da equipe do Laboratório Carnegie's Earth and Planets, é conhecido por sua habilidade em sintetizar bridgmanita de grande diâmetro usando prensas multitons com bigornas de diamante sinterizado.

"Z forneceu à nossa colaboração uma ferramenta única que nenhuma outra técnica pode igualar, para nós explorarmos as condições extremas dos interiores das super-Terras, "ele disse." Os dados de alta qualidade sem precedentes da máquina têm sido críticos para o avanço do nosso conhecimento das super-Terras. "

The Magnificent Seven

Uma análise mais aprofundada do estado dos materiais gasosos e densos em super-Terras específicas produziu uma lista de sete planetas possivelmente dignos de um estudo mais aprofundado:55 Cancri e; Kepler 10b, 36b, 80e, e 93b; CoRoT-7b; e HD-219134b.

O gerente do Sandia, Christopher Seagle, que com Fei inicialmente propôs esses experimentos, disse, "Esses planetas, que achamos mais provável de sustentar a vida, foram selecionados para um estudo mais aprofundado porque têm proporções semelhantes à Terra em seu ferro, silicatos e gases voláteis, além de temperaturas interiores propícias à manutenção de campos magnéticos para proteção contra o vento solar. "

O foco em superdimensionado, ao invés de pequeno, os planetas surgiram porque as grandes pressões gravitacionais significam que as atmosferas têm maior probabilidade de sobreviver a longo prazo, disse Townsend.

Por exemplo, ele disse, "Porque Marte era menor, tinha um campo gravitacional mais fraco para começar. Então, quando seu núcleo esfriou rapidamente, ele perdeu seu campo magnético e sua atmosfera foi posteriormente despojada. "

Z em ação

Para esses experimentos, a máquina Z, com condições de operação de até 26 milhões de amperes e centenas de milhares de volts, cria pulsos magnéticos de enorme potência que aceleram pedaços de cobre e alumínio do tamanho de um cartão de crédito, chamados de flyer-plate. Estes foram lançados muito mais rápido do que uma bala de rifle em amostras de bridgmanita, o mineral mais comum da Terra. A pressão quase instantânea da interação vigorosa criou ondas sonoras longitudinais e transversais no material que revelam se o material permanece sólido ou se transforma em líquido ou gás, disse o pesquisador Sandia e autor do artigo Chad McCoy. Com esses novos resultados, os pesquisadores receberam dados sólidos para ancorar modelos planetários teóricos.

O artigo técnico conclui que os dados de densidade de alta precisão e as temperaturas de fusão excepcionalmente altas alcançadas na máquina Z "fornecem referências para cálculos teóricos sob condições extremas."

Fei concluído, "Nossa colaboração com cientistas Sandia levou a resultados que irão encorajar uma exploração mais acadêmica de exoplanetas, cuja descoberta capturou a imaginação do público. "

"Este trabalho identifica candidatos interessantes a exoplanetas para explorar mais, "disse Seagle." A compressão de choque Z mais a capacidade incomum de Fei de sintetizar bridgmanita de grande diâmetro levam a uma oportunidade de obter dados relevantes para exoplanetas que não seriam possíveis em nenhum outro lugar. "