Adânc în inima lumilor extraterestre, cristalele se formează sub presiuni de până la 40 de milioane de ori mai intense decât presiunea atmosferică de pe Pământ și de 10 ori mai intensă decât presiunea din nucleul planetei noastre. Înțelegerea lor mai bună ne poate ajuta să căutăm viață în altă parte din galaxia noastră.
În momentul de față, oamenii de știință nu știu aproape nimic despre aceste cristale misterioase. Nu știu cum și când se formează, cum arată sau cum se comportă. Dar răspunsurile la aceste întrebări ar putea avea implicații enorme pentru suprafețele acelor lumi - fie că sunt acoperite fie de magmă curgătoare, fie de gheață, fie sunt bombardate cu radiații de la stelele gazdă. Răspunsul, la rândul său, ar putea afecta posibilitatea acestor planete care să acopere viața.
Interioarele acestor exoplanete sunt misterioase pentru noi, deoarece, în sistemul nostru solar, planetele tind să fie fie mici și stâncoase, precum Pământul și Marte, fie mari și gazoase, precum Saturn și Jupiter. Dar, în ultimii ani, astronomii au descoperit că așa-numitele „supra-Pământuri” - planetele stâncoase gigantice - și „mini-Neptunele” - planetele cu gaz mai mici decât există în sistemul nostru solar - sunt mai frecvente în restul galaxiei noastre.
Deoarece aceste planete pot fi văzute doar ca pâlpâieli slabe în lumina care vine de la stelele lor gazdă, multe despre ele rămân misterioase. Sunt superdense sau la nivel global? Din ce sunt realizate suprafețele lor? Au câmpuri magnetice? Se pare că răspunsurile la aceste întrebări depind foarte mult de cum se comportă roca și fierul în miezurile lor ultrapresurizate.
Limitele științei actuale
În momentul de față, înțelegerea noastră asupra exoplanetelor se bazează mai ales pe scalarea în sus sau în jos a ceea ce știm despre planetele din propriul nostru sistem solar, a spus Diana Valencia, un om de știință planetar de la Universitatea Toronto din Canada, care a sunat la întâlnirea din martie a americanului Societatea fizică (APS) pentru fizicienii minerali să exploreze aceste materiale exoplanetare exotice.
Problema abordării de extindere este că nu poți înțelege cu adevărat cum se va comporta fierul de 10 ori mai mare decât presiunea nucleului Pământului doar prin înmulțire, a spus ea. La aceste presiuni enorme, proprietățile substanțelor chimice se schimbă fundamental.
„Ne-am aștepta să găsim cristale în super-Pământuri care nu există pe Pământ sau în orice altă parte a naturii, pentru asta”, a spus Lars Stixrude, un fizician mineral teoretic la Universitatea din California, Los Angeles, care a făcut lucrare teoretică de bază pentru calcularea proprietăților acestor materiale extreme. "Acestea ar fi aranjamente unice ale atomilor care există doar la presiune foarte mare."
Aceste aranjamente diferite se întâmplă, a spus lui Live Science, deoarece presiunile enorme schimbă fundamental modul în care atomii se leagă între ei. Pe suprafața Pământului și chiar adânc în interiorul planetei noastre, atomii se leagă folosind doar electronii din învelișurile lor exterioare. Dar la presiunile super-pământene, electronii mai aproape de nucleul atomic se implică și schimbă complet formele și proprietățile materialelor.
Și acele proprietăți chimice ar putea afecta comportamentul planetelor întregi. De exemplu, oamenii de știință știu că super-Pământurile captează multă căldură. Dar ei nu știu cât de mult - și răspunsul la această întrebare are implicații majore pentru vulcanii și tectonica plăcilor respective. La presiunile interne ale Pământului, elementele mai ușoare se amestecă cu miezul de fier, afectând câmpul magnetic al planetei - dar acest lucru s-ar putea să nu se întâmple la presiuni mai mari. Chiar și dimensiunea fizică a supra-Pământurilor depinde de structura cristalină a compușilor din miezurile lor.
Dar, fără planete de acest fel pentru a studia în apropiere în propriul nostru sistem solar, a spus Valencia, oamenii de știință trebuie să apeleze la calcule fizice de bază și experimente pentru a răspunde la astfel de întrebări. Dar aceste calcule apar adesea răspunsuri deschise, a spus Stixrude. Cât despre experimente?
„Aceste presiuni și temperaturi depășesc capacitatea majorității tehnologiei și experimentelor pe care le avem astăzi”, a spus el.
Construirea unui super-Pământ pe Pământul obișnuit
Pe Pământ, cele mai extreme experimente de presiune implică zdrobirea probelor minuscule între punctele ascuțite ale celor două diamante industriale.
Dar aceste diamante tind să se spulbească cu mult înainte de a atinge presiunile super-Pământului, a spus Stixrude. Pentru a evita limitele diamantelor, fizicienii apelează la experimente de compresie dinamică, de genul efectuat de fizicianul mineral Tom Duffy și echipa sa de la Universitatea Princeton.
Aceste experimente produc mai multe presiuni asemănătoare supra-Pământului, dar numai pentru fracții de secundă.
"Ideea este că iradiați un eșantion cu un laser cu putere foarte mare, și încălziți rapid suprafața acelui eșantion și aruncați o plasmă", a spus Duffy, care a prezidat ședința APS unde a vorbit Valencia, a declarat pentru Live Science.
Bucăți ale eșantionului, încălzite brusc, explodează de pe suprafață, creând o undă de presiune care se deplasează prin eșantion.
"Este cu adevărat ca un efect de navă rachetă", a spus Duffy.
Probele implicate sunt minuscule - aproape plate, și aproape un milimetru pătrat în suprafață, a spus el. Și toată chestiunea durează o chestiune de nanosecunde. Când unda de presiune ajunge în spatele eșantionului, totul se spulbește. Dar, prin observații atente în timpul acestor scurte impulsuri, Duffy și colegii săi și-au dat seama de densitățile și chiar de structurile chimice ale fierului și ale altor molecule aflate sub presiuni neașteptate anterior.
Există încă multe întrebări fără răspuns, dar starea cunoștințelor în domeniu se schimbă rapid, a spus Valencia. De exemplu, prima lucrare despre structura supra-Pământurilor (pe care Valencia a publicat-o în februarie 2007 în The Astrophysical Journal ca student absolvent la Harvard) este învechită, deoarece fizicienii au obținut noi informații despre substanțele chimice din propria noastră planetă.
Răspunsul la aceste întrebări este important, a spus Duffy, pentru că ne pot spune dacă lumile extraterestre îndepărtate au caracteristici precum tectonica plăcilor, magma curgătoare și câmpurile magnetice - și, prin urmare, dacă pot susține viața.
