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 dina¢mica. Como se vaª, 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 ca¢mara-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 dina¢mica. Como se vaª, 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 até1.000 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 sanãrie 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 éde acesso aberto e dispona­vel a todos os pesquisadores.

“A enorme riqueza de ferro no interior dos planetas rochosos torna necessa¡rio entender as propriedades e a resposta do ferro nas condições extremas nas profundezas dos núcleos de planetas mais massivos semelhantes a  Terra”, disse Rick Kraus, fa­sico do LLNL e principal autor do artigo. . "A curva de fusão do ferro éfundamental para entender a estrutura interna, a evolução tanãrmica, bem como o potencial de magnetosferas geradas por da­namo."

Acredita-se que a magnetosfera seja um componente importante dos planetas terrestres habita¡veis, como na Terra. O magnetoda­namo da Terra égerado no núcleo externo de ferro la­quido de convecção ao redor do núcleo interno de ferro sãolido e éalimentado pelo calor latente liberado durante a solidificação do ferro.

Com a proeminaªncia do ferro nos planetas terrestres, propriedades físicas exatas e precisas em extrema pressão e temperaturas são necessa¡rias para prever o que estãoacontecendo dentro de seus interiores. Uma propriedade de primeira ordem do ferro éo ponto de fusão, que ainda édebatido para as condições do interior da Terra. A curva de fusão éa maior transição reola³gica que um material pode sofrer, de um material com resistência para um sem. a‰ onde um sãolido se transforma em la­quido, e a temperatura depende da pressão do ferro.

Atravanãs dos experimentos, a equipe determinou a duração da ação do da­namo 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 tera£o os da­namos mais longos, que fornecem uma proteção importante contra a radiação ca³smica”, disse Kraus.

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

A curva de fusão éuma restrição incrivelmentesensívelem um modelo de equação de estado.

A equipe também obteve evidaªncias de que a cinanãtica de solidificação em condições tão extremas érápida, levando apenas nanossegundos para a transição de um la­quido para um sãolido, permitindo que a equipe observe o limite da fase de equila­brio. "Esta visão experimental estãomelhorando 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 contribua­ram para o estudo.

 

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