Une illustration montrant comment une combinaison de techniques de synthèse statiques à haute pression et de méthodes dynamiques a permis aux chercheurs de sonder la bridgmanite de silicate de magnésium, que l'on croit prédominant dans le manteau des planètes rocheuses, dans des conditions extrêmes imitant l'intérieur d'une super-Terre. Crédit :Yingwei Fei. Photographie de Sandia Z Machine par Randy Montoya, Laboratoires nationaux de Sandia.
De nouvelles recherches menées par Yingwei Fei de Carnegie fournissent un cadre pour comprendre l'intérieur des super-Terres - des exoplanètes rocheuses entre 1,5 et 2 fois la taille de notre planète d'origine - ce qui est une condition préalable pour évaluer leur potentiel d'habitabilité. Les planètes de cette taille sont parmi les plus abondantes dans les systèmes exoplanétaires. L'article est publié en Communication Nature .
"Bien que les observations de la composition atmosphérique d'une exoplanète soient le premier moyen de rechercher des signatures de vie au-delà de la Terre, de nombreux aspects de l'habitabilité de la surface d'une planète sont influencés par ce qui se passe sous la surface de la planète, et c'est là qu'intervient l'expertise de longue date du chercheur de Carnegie dans les propriétés des matériaux rocheux sous des températures et des pressions extrêmes, " a expliqué Richard Carlson, directeur du Laboratoire Terre et planètes.
Sur Terre, la dynamique intérieure et la structure du manteau de silicate et de la tectonique des plaques d'entraînement du noyau métallique, et générer la géodynamo qui alimente notre champ magnétique et nous protège des particules ionisantes dangereuses et des rayons cosmiques. La vie telle que nous la connaissons serait impossible sans cette protection. De la même manière, la dynamique intérieure et la structure des super-Terres façonneront les conditions de surface de la planète.
Avec des découvertes passionnantes d'une diversité d'exoplanètes rocheuses au cours des dernières décennies, Des super-Terres beaucoup plus massives sont-elles capables de créer des conditions propices à l'émergence et à l'épanouissement de la vie ?
La connaissance de ce qui se passe sous la surface d'une super-Terre est cruciale pour déterminer si un monde lointain est capable ou non d'héberger la vie. Mais les conditions extrêmes des intérieurs planétaires de la super-Terre mettent au défi la capacité des chercheurs à sonder les propriétés matérielles des minéraux susceptibles d'y exister.
C'est là qu'intervient le mimétisme en laboratoire.
Une illustration d'un scientifique utilisant des techniques de laboratoire pour sonder les conditions probables à l'intérieur des exoplanètes. Crédit :Katherine Cain, Institut Carnegie pour la science.
Depuis des décennies, Les chercheurs de Carnegie ont été des chefs de file dans la recréation des conditions des intérieurs planétaires en soumettant de petits échantillons de matériau à d'immenses pressions et à des températures élevées. Mais parfois même ces techniques atteignent leurs limites.
"Afin de construire des modèles qui nous permettent de comprendre la dynamique intérieure et la structure des super-Terres, nous devons être en mesure de prendre des données à partir d'échantillons qui se rapprochent des conditions qui s'y trouveraient, qui pourrait dépasser 14 millions de fois la pression atmosphérique, " expliqua Fei. " Cependant, nous avons continué à nous heurter à des limites lorsqu'il s'agissait de créer ces conditions en laboratoire. "
Une percée s'est produite lorsque l'équipe, y compris Asmaa Boujibar de Carnegie et Peter Driscoll, avec Christopher Seagle, Josué Townsend, Chad McCoy, Luc Shulenburger, et Michael Furnish de Sandia National Laboratories—ont obtenu l'accès au plus puissant du monde, machine à puissance pulsée à entraînement magnétique (Z Pulsed Power Facility de Sandia) pour choquer directement un échantillon à haute densité de bridgmanite - un silicate de magnésium à haute pression que l'on pense être prédominant dans le manteau des planètes rocheuses - afin de l'exposer à la conditions extrêmes concernant l'intérieur des super-Terres.
Une série d'expériences d'ondes de choc à hypervitesse sur un matériau représentatif du manteau de la super-Terre a fourni des mesures de densité et de température de fusion qui seront fondamentales pour interpréter les masses et les rayons observés des super-Terres.
Les chercheurs ont découvert que sous des pressions représentatives des intérieurs de la super-Terre, la bridgmanite a un point de fusion très élevé, ce qui aurait des implications importantes pour la dynamique intérieure. Sous certains scénarios d'évolution thermique, ils disent, les planètes rocheuses massives pourraient avoir une géodynamo thermique au début de leur évolution, puis le perdre pendant des milliards d'années lorsque le refroidissement ralentit. Une géodynamo soutenue pourrait éventuellement être relancée par le mouvement d'éléments plus légers à travers la cristallisation du noyau interne.
"La capacité de faire ces mesures est cruciale pour développer des modèles fiables de la structure interne des super-Terres jusqu'à huit fois la masse de notre planète, " Fei a ajouté. " Ces résultats auront un impact profond sur notre capacité à interpréter les données d'observation. "
