Les énormes forces générées par la machine Z des laboratoires nationaux de Sandia sont utilisées pour reproduire les pressions gravitationnelles sur les soi-disant "super-Terres" afin de déterminer lesquelles pourraient maintenir des atmosphères propices à la vie.

Les astronomes pensent que les super-Terres, des ensembles de roches jusqu'à huit fois plus grandes que la Terre, existent par millions dans notre galaxie. "La question qui se pose à nous est de savoir si l'une de ces super planètes est réellement semblable à la Terre, avec des processus géologiques actifs, atmosphères et champs magnétiques, " a déclaré Joshua Townsend, physicien de Sandia.

Les travaux en cours à Z sont décrits dans le Communication Nature . Chercheurs du programme de sciences fondamentales de Sandia, travailler avec des collègues du Earth and Planets Laboratory de la Carnegie Institution for Science à Washington, D.C., utiliser les forces disponibles dans l'installation Z particulièrement puissante de Sandia pour appliquer presque instantanément l'équivalent d'énormes pressions gravitationnelles à la bridgmanite, également connu sous le nom de silicate de magnésium, la matière la plus abondante des planètes solides.

Les expérimentations, dit Townsend, a donné naissance à une table basée sur des données qui montre quand l'intérieur d'une planète serait solide, liquide ou gazeux sous diverses pressions, températures et densités, et dans quels délais prédits. Seul un noyau liquide - avec ses métaux se déplaçant les uns sur les autres dans des conditions ressemblant à celles d'une dynamo terrestre - produit les champs magnétiques qui peuvent détourner les vents solaires destructeurs et les rayons cosmiques de l'atmosphère d'une planète, permettant à la vie de survivre. Cette information critique sur les intensités de champ magnétique produites par les états du noyau de super-Terres de différentes tailles n'était auparavant pas disponible :les noyaux sont bien cachés par la majeure partie des planètes qui les entourent, et donc non visible par visualisation à distance. Pour les chercheurs qui ont préféré les expériences terrestres à l'imagerie à longue distance, des pressions suffisantes n'étaient pas disponibles jusqu'à ce que les capacités de Z soient enrôlées.

Yingwei Fei, l'auteur correspondant de l'étude actuelle et scientifique senior du Laboratoire Terre et Planètes de Carnegie, est connu pour son habileté à synthétiser de la bridgmanite de grand diamètre à l'aide de presses multitonnes avec des enclumes de diamant fritté.

"Z a fourni à notre collaboration un outil unique qu'aucune autre technique ne peut égaler, pour nous d'explorer les conditions extrêmes des intérieurs des super-Terres, ", a-t-il déclaré. "Les données de haute qualité sans précédent de la machine ont été essentielles pour faire progresser notre connaissance des super-Terres."

Les sept magnifiques

Une analyse plus poussée de l'état des matériaux gazeux et denses sur des super-Terres spécifiques a produit une liste de sept planètes pouvant mériter une étude plus approfondie :55 Cancri e; Kepler 10b, 36b, 80e, et 93b; CoRoT-7b; et HD-219134b.

Le gérant de Sandia Christopher Seagle, qui avec Fei a initialement proposé ces expériences, mentionné, « Ces planètes, que nous avons trouvé les plus susceptibles de soutenir la vie, ont été sélectionnés pour une étude plus approfondie car ils ont des rapports similaires à la Terre dans leur fer, silicates et gaz volatils, en plus des températures intérieures propices au maintien des champs magnétiques pour la protection contre le vent solaire."

L'accent sur surdimensionné, plutôt que petit, les planètes sont apparues parce que les fortes pressions gravitationnelles signifient que les atmosphères ont plus de chances de survivre à long terme, dit Townsend.

Par exemple, il a dit, "Parce que Mars était plus petit, il avait un champ gravitationnel plus faible pour commencer. Puis, comme son noyau s'est rapidement refroidi, il a perdu son champ magnétique et son atmosphère a ensuite été dépouillé. »

Z en action

Pour ces expériences, la machine Z, avec des conditions de fonctionnement allant jusqu'à 26 millions d'ampères et des centaines de milliers de volts, crée des impulsions magnétiques d'une puissance énorme qui accélèrent des morceaux de cuivre et d'aluminium de la taille d'une carte de crédit appelés plaques volantes. Ceux-ci ont été propulsés beaucoup plus rapidement qu'une balle de fusil dans des échantillons de bridgmanite, le minéral le plus commun de la Terre. La pression quasi instantanée de l'interaction puissante a créé des ondes sonores longitudinales et transversales dans le matériau qui révèlent si le matériau reste solide ou se transforme en liquide ou en gaz, a déclaré Chad McCoy, chercheur et auteur de l'article de Sandia. Avec ces nouveaux résultats, les chercheurs ont reçu des données solides sur lesquelles ancrer des modèles planétaires autrement théoriques.

Le document technique conclut que les données de densité de haute précision et les températures de fusion sans précédent atteintes par la machine Z "fournissent des références pour les calculs théoriques dans des conditions extrêmes".

Conclu Fei, "Notre collaboration avec les scientifiques de Sandia a conduit à des résultats qui encourageront une exploration plus académique des exoplanètes, dont la découverte a captivé l'imagination du public."

"Ce travail identifie des exoplanètes candidates intéressantes à explorer davantage, " a déclaré Seagle. " La compression de choc Z et la capacité inhabituelle de Fei à synthétiser de la bridgmanite de grand diamètre permettent d'obtenir des données pertinentes sur les exoplanètes qui ne seraient possibles nulle part ailleurs. "