Nieuw onderzoek onder leiding van Carnegie's Yingwei Fei biedt een raamwerk voor het begrijpen van het interieur van superaardes - rotsachtige exoplaneten tussen 1,5 en 2 keer de grootte van onze thuisplaneet - wat een voorwaarde is om hun potentieel voor bewoonbaarheid te beoordelen. Planeten van deze omvang behoren tot de meest voorkomende in exoplanetaire systemen. De krant is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Hoewel observaties van de atmosferische samenstelling van een exoplaneet de eerste manier zullen zijn om te zoeken naar handtekeningen van leven buiten de aarde, veel aspecten van de bewoonbaarheid van het oppervlak van een planeet worden beïnvloed door wat er onder het oppervlak van de planeet gebeurt, en dat is waar de jarenlange expertise van Carnegie-onderzoeker in de eigenschappen van rotsachtige materialen onder extreme temperaturen en drukken binnenkomt, ", legt de directeur van het Earth and Planets Laboratory, Richard Carlson, uit.

Op aarde, de inwendige dynamiek en structuur van de silicaatmantel en metalen kernaandrijfplaattektoniek, en genereren de geodynamo die ons magnetische veld aandrijft en ons beschermt tegen gevaarlijke ioniserende deeltjes en kosmische straling. Het leven zoals we dat kennen zou onmogelijk zijn zonder deze bescherming. evenzo, de innerlijke dynamiek en structuur van superaarden zullen de oppervlaktecondities van de planeet vormen.

Met spannende ontdekkingen van een diversiteit aan rotsachtige exoplaneten in de afgelopen decennia, zijn veel massievere superaarden in staat om omstandigheden te creëren die gastvrij zijn voor het ontstaan ​​en bloeien van leven?

Kennis van wat zich onder het oppervlak van een superaarde afspeelt, is cruciaal om te bepalen of een verre wereld in staat is leven te herbergen. Maar de extreme omstandigheden van super-aarde-massale planetaire interieurs vormen een uitdaging voor het vermogen van onderzoekers om de materiële eigenschappen van de mineralen die daar waarschijnlijk voorkomen te onderzoeken.

Dat is waar laboratoriumgebaseerde mimiek binnenkomt.

Al decenia, Carnegie-onderzoekers zijn leiders geweest in het nabootsen van de omstandigheden van het binnenste van planeten door kleine materiaalmonsters onder immense druk en hoge temperaturen te plaatsen. Maar soms bereiken zelfs deze technieken hun beperkingen.

"Om modellen te bouwen waarmee we de innerlijke dynamiek en structuur van superaarde kunnen begrijpen, we moeten in staat zijn om gegevens te nemen van monsters die de omstandigheden benaderen die daar zouden worden gevonden, die 14 miljoen keer de atmosferische druk zou kunnen overschrijden, " legde Fei uit. "Echter, we liepen steeds tegen beperkingen aan als het ging om het creëren van deze voorwaarden in het lab. "

Een doorbraak vond plaats toen het team, waaronder Carnegie's Asmaa Boujibar en Peter Driscoll, samen met Christopher Seagle, Joshua Townsend, Tsjaad McCoy, Luke Shulenburger, en Michael Furnish van Sandia National Laboratories - kreeg toegang tot 's werelds meest krachtige, magnetisch aangedreven pulserende krachtmachine (Sandia's Z Pulsed Power Facility) om een ​​monster met hoge dichtheid van bridgmanite - een hogedrukmagnesiumsilicaat waarvan wordt aangenomen dat het overheersend is in de mantels van rotsachtige planeten - rechtstreeks te schokken om het bloot te stellen aan de extreme omstandigheden die relevant zijn voor het binnenste van superaarde.

Een reeks hypervelocity-schokgolfexperimenten op representatief superaardmantelmateriaal leverde dichtheids- en smelttemperatuurmetingen op die fundamenteel zullen zijn voor het interpreteren van de waargenomen massa's en stralen van superaarde.

De onderzoekers ontdekten dat onder druk die representatief is voor het interieur van de superaarde, bridgmanite heeft een zeer hoog smeltpunt, wat belangrijke implicaties zou hebben voor de dynamiek van het interieur. Onder bepaalde thermische evolutionaire scenario's, ze zeggen, massieve rotsachtige planeten hebben mogelijk al vroeg in hun evolutie een thermisch aangedreven geodynamo, dan verliezen het miljarden jaren wanneer de koeling vertraagt. Een aanhoudende geodynamo zou uiteindelijk opnieuw kunnen worden gestart door de beweging van lichtere elementen door kristallisatie van de binnenkern.

"Het vermogen om deze metingen te doen is cruciaal voor het ontwikkelen van betrouwbare modellen van de interne structuur van superaarde tot acht keer de massa van onze planeet, " Fei toegevoegd. "Deze resultaten zullen een diepgaande invloed hebben op ons vermogen om waarnemingsgegevens te interpreteren."