Los científicos han observado por primera vez cómo los átomos en la formación de óxido de magnesio se funden en condiciones extremas, proporcionando nuevos conocimientos sobre este importante mineral en las profundidades del manto de la Tierra que se sabe que influye en la formación de planetas.
Los experimentos con láser de alta energía, que sometieron pequeños cristales del mineral al tipo de calor y presión que se encuentran en las profundidades del manto de un planeta rocoso, sugieren que la mezcla se solidificó a partir de océanos de magma para formar “supertierras”. mineral que se produzca. “Exoplanetas.
“El óxido de magnesio puede ser el sólido más importante que controla la termodinámica de las súper Tierras jóvenes”, dijo Jon Wicks, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en la Universidad Johns Hopkins, quien dirigió la investigación. “Si tiene una temperatura de fusión tan alta, sería el primer sólido en cristalizar cuando un planeta rocoso y caliente comienza a enfriarse y su interior se separa en un núcleo y un manto”.
Los resultados se han publicado recientemente. Avances en la ciencia.
Sugieren que la forma en que el óxido de magnesio pasa de una forma a otra puede tener implicaciones importantes para los factores que controlan si un planeta joven se convierte en una bola de hielo o en una roca fundida, desarrollará agua en océanos o atmósferas, o en una combinación de estas características.
“En las supertierras terrestres, donde este material será un componente importante del manto, su variabilidad jugará un papel importante en la rapidez con la que el calor se mueve hacia el interior, lo que controlará “cómo se comportan el interior y el resto de la Tierra”. el planeta toma forma y se deforma con el tiempo”, dijo Wicks. “Podemos considerarlo como un indicador del interior de estos planetas, porque será el material que controla la deformación, los componentes básicos más importantes de los planetas rocosos. Es uno de ellos”.
Más grandes que la Tierra pero más pequeñas que gigantes como Neptuno o Urano, las súper Tierras son objetivos clave en la búsqueda de exoplanetas porque se encuentran comúnmente en otros sistemas solares de la galaxia. Aunque la composición de estos planetas puede variar desde gas hasta hielo o agua, Wicks dijo que se espera que las súper Tierras rocosas contengan cantidades significativas de óxido de magnesio, que afecta el campo magnético del planeta, el vulcanismo y otras geofísicas importantes pueden afectarlas. en la tierra. .
Para simular las condiciones extremas que preservaron este mineral durante la formación del planeta, el equipo de Wick utilizó la instalación de láser Omega-EP en el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester para disparar pequeñas muestras a una presión extremadamente alta. Los científicos también tomaron rayos X y registraron cómo esos rayos de luz rebotaban en los cristales para detectar cómo se reorganizaban sus átomos en respuesta al aumento de presión, específicamente observando en qué punto cambiaban de sólido a líquido.
Cuando se aprietan con mucha fuerza, los átomos de sustancias como el óxido de magnesio cambian su disposición para mantener la presión de aplastamiento. Esta es la razón por la que la sal de roca mineral adopta una configuración diferente que se asemeja a la sal de mesa, como una sal llamada cloruro de cesio cuando se aumenta la presión. Esto conduce a un cambio que puede afectar la viscosidad de los minerales y afectar la forma en que envejece el planeta, dijo Wicks.
Los hallazgos del equipo muestran que el óxido de magnesio puede existir en ambas fases a presiones de 430 a 500 gigapascales y temperaturas de 9.700 K, casi el doble que la superficie del Sol. Los experimentos también muestran que la presión más alta antes de que el mineral se derrita por completo es de más de 600 gigapascales, que es aproximadamente 600 veces la presión experimentada en las fosas oceánicas profundas.
“El óxido de magnesio se funde a una temperatura mucho más alta que cualquier otro material o mineral. Los diamantes pueden ser el material más duro, pero es el que se derretirá por más tiempo”, dijo Wicks. “Cuando se trata del material extremo en los planetas jóvenes, es probable que el óxido de magnesio sea sólido, mientras que todo lo demás que hay por ahí se convertirá en líquido”.
El estudio demuestra la estabilidad y simplicidad del óxido de magnesio bajo presión extrema y ayuda a los científicos a desarrollar modelos teóricos más precisos para investigar cuestiones importantes sobre el comportamiento de este y otros minerales en mundos rocosos como la Tierra, dijo Wicks.
“El estudio es una carta de amor al óxido de magnesio, porque es sorprendente que tenga el punto de fusión más alto que conocemos, a presiones fuera del núcleo de la Tierra”, dijo Wicks, y todavía se comporta como una sal normal”, dijo Wicks. dicho. “Es simplemente una sal hermosa y simple, incluso a estas presiones y temperaturas récord”.
Otros autores son Saranish Singh, Marius Mallot, Dane E. Fritandovno, Federica Kopri, Martin G. Gorman, Jon H. Eggert y Raymond F. Smith del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Zaxuan Yeh y Anirudh Hari de la Universidad Johns Hopkins; J. Ryan Rygg de la Universidad de Rochester; y Thomas S. Duffy de la Universidad de Princeton.
Esta investigación fue apoyada por la NNSA bajo los Contratos Nos. DE-NA0002154 y DE-NA0002720 y el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio (Proyecto No. 15-ERD-012) en LLNL a través del Programa Nacional de Instalaciones para Usuarios de Láser. Este trabajo fue realizado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore bajo los auspicios del Departamento de Energía de EE. UU. bajo el número de contrato DE-AC52-07NA27344. Esta investigación fue apoyada por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear a través del Programa Nacional de Instalaciones para Usuarios de Láser (Contratos Nos. DE-NA0002154 y DE-NA0002720) y el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio en LLNL (Proyecto No. 15-ERD-014, 17 ). -ERD-014, y 20-ERD-044).
