Tecnologia Científica

Acabando com o interior dos exoplanetas
A descoberta de mais de 4.500 planetas extra-solares criou a necessidade de modelar sua estrutura interior e dinâmica. Como se vê, o ferro desempenha um papel fundamental.
Por Lawrence Livermore National Laboratory - 14/01/2022


Concepção de um artista da seção transversal de uma super-Terra com a câmara-alvo NIF sobreposta ao manto, olhando para o núcleo. Crédito: John Jett/LLNL.

A descoberta de mais de 4.500 planetas extra-solares criou a necessidade de modelar sua estrutura interior e dinâmica. Como se vê, o ferro desempenha um papel fundamental.

Cientistas e colaboradores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) usaram lasers no National Ignition Facility para determinar experimentalmente a curva de fusão de alta pressão e as propriedades estruturais do ferro puro até 1.000 GPa (quase 10.000.000 atmosferas), três vezes a pressão do interior da Terra. núcleo e pressão quase quatro vezes maior do que qualquer experimento anterior. A pesquisa aparece na Science .

A equipe realizou uma série de experimentos que emulam as condições observadas por uma parcela de ferro descendo em direção ao centro de um núcleo da super-Terra. Os experimentos foram alocados como parte do programa NIF Discovery Science, que é de acesso aberto e disponível a todos os pesquisadores.

“A enorme riqueza de ferro no interior dos planetas rochosos torna necessário entender as propriedades e a resposta do ferro nas condições extremas nas profundezas dos núcleos de planetas mais massivos semelhantes à Terra”, disse Rick Kraus, físico do LLNL e principal autor do artigo. . "A curva de fusão do ferro é fundamental para entender a estrutura interna, a evolução térmica, bem como o potencial de magnetosferas geradas por dínamo."

Acredita-se que a magnetosfera seja um componente importante dos planetas terrestres habitáveis, como na Terra. O magnetodínamo da Terra é gerado no núcleo externo de ferro líquido de convecção ao redor do núcleo interno de ferro sólido e é alimentado pelo calor latente liberado durante a solidificação do ferro.

Com a proeminência do ferro nos planetas terrestres, propriedades físicas exatas e precisas em extrema pressão e temperaturas são necessárias para prever o que está acontecendo dentro de seus interiores. Uma propriedade de primeira ordem do ferro é o ponto de fusão, que ainda é debatido para as condições do interior da Terra. A curva de fusão é a maior transição reológica que um material pode sofrer, de um material com resistência para um sem. É onde um sólido se transforma em líquido, e a temperatura depende da pressão do ferro.

Através dos experimentos, a equipe determinou a duração da ação do dínamo durante a solidificação do núcleo para a estrutura hexagonal compacta dentro dos exoplanetas da super-Terra.

“Descobrimos que exoplanetas terrestres com quatro a seis vezes a massa da Terra terão os dínamos mais longos, que fornecem uma proteção importante contra a radiação cósmica”, disse Kraus.

Kraus disse: “Além do nosso interesse em entender a habitabilidade dos exoplanetas, a técnica que desenvolvemos para o ferro será aplicada a materiais mais relevantes programaticamente no futuro”, incluindo o Programa de Administração de Estoques.

A curva de fusão é uma restrição incrivelmente sensível em um modelo de equação de estado.

A equipe também obteve evidências de que a cinética de solidificação em condições tão extremas é rápida, levando apenas nanossegundos para a transição de um líquido para um sólido, permitindo que a equipe observe o limite da fase de equilíbrio. "Esta visão experimental está melhorando nossa modelagem da resposta do material dependente do tempo para todos os materiais", disse Kraus.

Outros membros da equipe Livermore incluem Suzanne Ali, Jon Belof, Lorin Benedict, Joel Bernier, Dave Braun, Federica Coppari, Dayne Fratanduono, Sebastien Hamel, Andy Krygier, Amy Lazicki, James McNaney, Marius Millot, Philip Myint, Dane M. Sterbentz, Damian Swift, Chris Wehrenberg e Jon Eggert. Pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago, Carnegie Institution for Science, University of Rochester, Sandia National Laboratory, California Institute of Technology, University of California Davis e University of California Los Angeles também contribuíram para o estudo.

 

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