Avanços nas observações astronômicas resultaram na descoberta de um número extraordinário de planetas extrasolares, acredita-se que alguns dos quais tenham uma composição rochosa semelhante à da Terra. Aprender mais sobre sua estrutura interna pode fornecer pistas importantes sobre sua habitabilidade potencial.

Liderado pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), uma equipe de pesquisadores visa desvendar alguns desses segredos ao compreender as propriedades do óxido de ferro - um dos constituintes do manto da Terra - nas pressões e temperaturas extremas que provavelmente são encontradas no interior desses grandes planetas extra-solares rochosos. Os resultados de seus experimentos foram publicados hoje em Nature Geoscience .

"Devido à quantidade limitada de dados disponíveis, a maioria dos modelos de estrutura interna de exoplanetas rochosos assume uma versão ampliada da Terra, consistindo em um núcleo de ferro, rodeado por um manto dominado por silicatos e óxidos. Contudo, esta abordagem negligencia em grande parte as diferentes propriedades que os materiais constituintes podem ter em pressões que excedem as existentes dentro da Terra, "disse Federica Coppari, Físico do LLNL e autor principal do estudo. "Com o número cada vez maior de exoplanetas confirmados, incluindo aqueles que se acredita serem de natureza rochosa, é fundamental obter uma melhor compreensão de como seus blocos de construção planetários se comportam profundamente dentro de tais corpos. "

Usando lasers gigantes no Omega Laser Facility da University of Rochester, os pesquisadores espremeram uma amostra de óxido de ferro para quase 7 megabars (ou Mbar - 7 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra), condições esperadas no interior de exoplanetas rochosos aproximadamente cinco vezes mais massivos do que a Terra. Eles explodiram lasers adicionais em uma pequena folha de metal para criar um breve pulso de raios-X, brilhante o suficiente para permitir que eles capturem um instantâneo de difração de raios-X da amostra compactada.

"O tempo preciso é crítico, pois o estado de pressão de pico é mantido por não mais do que 1 bilionésimo de segundo, "Coppari disse. Como a difração de raios-X é exclusivamente adequada para fornecer uma medida da distância entre os átomos e como eles estão dispostos em uma rede cristalina, a equipe descobriu que quando o óxido de ferro é comprimido a pressões superiores a 3 Mbar - a pressão do núcleo interno da Terra - ele se transforma em uma fase diferente, onde os átomos são mais densamente compactados.

"Encontrar a estrutura de óxido de ferro de alta pressão em condições superiores às existentes no interior da Terra é muito interessante porque se espera que esta forma tenha uma viscosidade muito menor do que a estrutura cristalina encontrada nas condições ambientais e no manto terrestre, "Disse Coppari.

Combinando os novos dados com medições anteriores de óxido de magnésio, outro constituinte chave dos planetas rochosos, a equipe construiu um modelo para entender como a transição de fase no óxido de ferro pode afetar sua capacidade de mistura. Eles descobriram que o manto de grandes exoplanetas terrestres pode ser muito diferente do que geralmente é imaginado, provavelmente tendo uma viscosidade muito diferente, condutividade elétrica e propriedades reológicas.

"As condições mais extremas esperadas dentro de grandes superterras rochosas favorecem o surgimento de uma mineralogia nova e complexa onde os materiais constituintes se misturam (ou não se misturam), fluir e deformar de uma maneira completamente diferente do manto da Terra, "Coppari disse." A mistura não desempenha apenas um papel na formação e evolução do planeta, mas também afeta drasticamente a reologia e a condutividade, que estão, em última análise, relacionados à sua habitabilidade. "

Olhando para a frente, Espera-se que esta pesquisa estimule mais estudos experimentais e teóricos com o objetivo de compreender as propriedades de mistura dos materiais constituintes em condições de pressão e temperatura sem precedentes.

"Ainda há muito a aprender sobre materiais em condições extremas e ainda mais sobre a formação e evolução de planetas, ", disse ela." É estonteante pensar que nossos experimentos de laboratório podem perscrutar a estrutura interior de planetas tão distantes com uma resolução sem precedentes e contribuir para uma compreensão mais profunda do universo. "