Debajo de la superficie de los mundos de agua de nuestra galaxia.

El concepto de este artista muestra un planeta hipotético cubierto de agua alrededor del sistema estelar binario de Kepler-35A y B. La composición de tales mundos acuáticos ha fascinado a los astrónomos y astrofísicos durante años. 
Crédito Imagen: NASA / JPL-Caltech.

Un equipo de investigadores simuló condiciones en exoplanetas ricos en agua en el laboratorio y aprendió algo sorprendente sobre su composición geológica.

Más allá de nuestro Sistema Solar, visible solo como el punto más pequeño del espacio, incluso con los telescopios más potentes, existen otros mundos. Los astrónomos han descubierto que muchos de estos mundos pueden ser mucho más grandes que la Tierra y estar completamente cubiertos de agua, básicamente planetas oceánicos sin masas de tierra sobresalientes. ¿Qué tipo de vida podría desarrollarse en un mundo así? ¿Podría un hábitat como este incluso soportar la vida?

Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad Estatal de Arizona ( ASU ) se propuso recientemente investigar esas preguntas. Y como no podían viajar a exoplanetas distantes para tomar muestras, decidieron recrear las condiciones de esos mundos acuáticos en el laboratorio. En este caso, ese laboratorio era la Fuente Avanzada de Fotones ( APS ), una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos ( DOE ) en el Laboratorio Nacional Argonne del DOE .

“La gente apenas piensa en Astrofísica cuando habla de una instalación de rayos X. Pero podemos usar una instalación como el APS para comprender un objeto demasiado distante como para que podamos verlo ”. – Dan Shim, Profesor Asociado, Universidad Estatal de Arizona

Lo que encontraron, publicado recientemente en Proceedings of the National Academy of Sciences , fue una nueva fase de transición entre sílice y agua, lo que indica que el límite entre el agua y la roca en estos exoplanetas no es tan sólido como lo es aquí en la Tierra. Este descubrimiento fundamental podría cambiar la forma en que los astrónomos y astrofísicos han estado modelando estos exoplanetas e informar la forma en que pensamos sobre la vida que evoluciona en ellos.

Dan Shim, Profesor Asociado de ASU , dirigió esta nueva investigación.  Shim dirige el Laboratorio de ASU para la Tierra y los Materiales Planetarios y ha estado fascinado por la composición geológica y ecológica de estos mundos distantes. Esa composición, dijo, no se parece en nada a ningún planeta de nuestro Sistema Solar: estos planetas pueden tener más del 50 % de agua o hielo sobre sus capas de roca, y esas capas de roca tendrían que existir a temperaturas muy altas y bajo una presión aplastante.

» Determinar la geología de los exoplanetas es difícil, ya que no podemos usar telescopios o enviar rovers a sus superficies», dijo Shim.“ Así que tratamos de simular su geología en el laboratorio.”

¿Cómo se hace eso? Primero, necesitas las herramientas adecuadas. Para este experimento, Shim y su equipo llevaron sus muestras a dos líneas de luz  (APS : GeoSoilEnviroCARS ( GSECARS ) en la línea de luz 13 -ID-D , operado por la Universidad de Chicago, y el Equipo de Acceso Colaborativo de Alta Presión ( HPCAT ) en la línea de luz 16 -ID -B , operado por la División de Ciencia de Rayos X de Argonne.

Las muestras se comprimieron en células de yunque de diamante, esencialmente dos diamantes de calidad gema con pequeñas puntas planas. Coloque una muestra entre ellos y puede apretar los diamantes, aumentando la presión.

» Podemos elevar la presión a varios millones de atmósferas», dijo Yue Meng, Físico de la División de Ciencia de Rayos X de Argonne y coautor del artículo. Meng fue uno de los principales diseñadores de las técnicas utilizadas en HPCAT , que se especializa en experimentos de alta presión y alta temperatura.

» El APS  es uno de los pocos lugares en el mundo donde puedes realizar este tipo de investigación de vanguardia», dijo.“ Los científicos línea de luz, técnicos e ingenieros hacen posible esta investigación.”

Shim dijo que la presión de los exoplanetas se puede calcular, aunque los datos que tenemos de estos planetas son limitados. Los astrónomos pueden medir la masa y la densidad, y si se conoce el tamaño y la masa del planeta, se puede determinar la presión correcta.

Una vez que la muestra está presurizada, los láseres infrarrojos, que pueden ajustarse a un tamaño menor que el ancho de una célula sanguínea humana, se usan para calentarla. “ Podemos llevar la muestra hasta miles de grados Fahrenheit,” dijo Vitali Prakapenka, un científico de la línea de luz en GSECARS , Profesor de Investigación en la Universidad de Chicago y un co-autor del artículo.“ Tenemos dos láseres de alta potencia que enfoco en la muestra desde ambos lados precisamente alineados con una ultra-brillante APS de rayos X de sondeo y medidas de la temperatura a lo largo de los caminos ópticos con una precisión de sub-micras.”

La temperatura de los exoplanetas es más difícil de medir, porque hay muchos factores que la determinan: la cantidad de calor contenido dentro del planeta, la edad del planeta y la cantidad de isótopos radiactivos que se descomponen dentro de la estructura, emitiendo más calor. El equipo de Shim calculó un rango de temperaturas para trabajar.

Una vez que la muestra se presuriza y calienta, los rayos X ultra brillantes del APS (que pueden ver a través de los diamantes y dentro de la muestra) pueden permitir a los científicos tomar instantáneas de los cambios en la estructura a escala atómica durante las reacciones químicas a medida que ocurren. En este caso, Shim y su equipo sumergieron una pequeña cantidad de sílice en agua, aumentaron la presión y la temperatura, y monitorearon cómo reaccionarían los materiales.

Lo que descubrieron es que a altas temperaturas y presiones de aproximadamente 30 gigapascales (aproximadamente 300 000 veces la presión atmosférica estándar en la Tierra), el agua y las rocas comienzan a fusionarse.

» Si construyeras un planeta con agua y roca, asumirías que el agua forma una capa sobre la roca», dijo.“ Lo que encontramos es que no es necesariamente cierto. Con suficiente calor y presión, el límite entre la roca y el agua se vuelve borroso ”.

Esta es una idea nueva que deberá incorporarse a los modelos de exoplanetas, dijo Prakapenka.

» El punto principal es que les dice a las personas que modelan la estructura de estos planetas que la composición es más complicada de lo que pensábamos», dijo Prakapenka.“ Antes se creía que había una separación entre la roca y el agua, pero en base a estos estudios, no hay un límite claro.”

Los científicos han llevado a cabo experimentos similares antes, dijo Shim, pero se basaban en un entorno similar a la Tierra con pequeños incrementos de agua. La observación de esta nueva transición de fase les da a los modeladores una mejor idea sobre la composición geológica real de los exoplanetas ricos en agua, y también las ideas sobre qué tipos de vida podrían llamar hogar a esos exoplanetas.

» Es un punto de partida para construir la forma en que funciona la química en estos planetas», dijo Shim.“ ¿Cómo interactúa el agua con la roca es importante para la vida en la Tierra, y por lo tanto, también es importante para entender el tipo de vida que podría existir en algunos de estos mundos.”

Shim reconoce que esta investigación no es lo primero que uno puede imaginar al pensar en una fuente de luz como el APS . Pero es exactamente esa diversidad según dijo, es una ventaja de las instalaciones de usuarios a gran escala.

«La gente apenas piensa en la Astrofísica cuando habla de una instalación de rayos X», dijo.“ Sin embargo, podemos utilizar una instalación como la APS para entender un objeto muy lejano como para nosotros poderlo ver.”

Este trabajo es apoyado por subvenciones de la National Science Foundation ( NSF ), la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio ( NASA ) y la Fundación Keck.

Fuente: Argonne National Laboratory.

Artículo original: «Beneath the surface of our galaxy’s water worlds«. Andre Salles, June 24, 2020.

Material relacionado:

Sobre los exoplaneetas oceánicos:

Desde que se confirmó el primer exoplaneta en 1992, los astrónomos han encontrado miles de mundos más allá de nuestro Sistema Solar. Con cada vez más descubrimientos ocurriendo todo el tiempo, el enfoque de la investigación de exoplanetas ha comenzado a cambiar lentamente del descubrimiento de exoplanetas a la caracterización de exoplanetas. Esencialmente, los científicos ahora buscan determinar la composición de los exoplanetas para determinar si podrían o no soportar la vida.

Una parte clave de este proceso es determinar cuánta agua existe en los exoplanetas, que es esencial para la vida tal como la conocemos. Durante una reciente conferencia científica, un equipo de científicos presentó una nueva investigación que indica que es probable que el agua sea un componente importante de esos exoplanetas que tienen entre dos y cuatro veces el tamaño de la Tierra.

 Estos hallazgos tendrán serias implicaciones cuando se trata de buscar vida más allá de nuestro Sistema Solar y también indican que los mundos de agua pueden ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente.

El siguiente artículo lo presenta:

There are so Many Water-Worlds Out There. Matt Williams. Universe Today, Aug. 24, 2018.

Estudiando la posibilidad de vida en las Super Tierras.

El lector encontrará toda la información sobre las condiciones de habitabilidad de las Super Tierras, los procesos geodinámicos necesarios, la Tectónica de placas,los núcleos planetarios en relación a la producción de campos electromagnéticos, y la Física de Altas presiones, en el apartado “Material relacionado” del artículo:

Experimentos de alta presión exploran lo que deberían tener los exoplanetas para hacerlos habitables:

Curiosidades:

Representación artística del candidato a exoluna Kepler-1625b-i, el planeta al que está orbitando y la estrella en el centro del sistema estelar. Kepler-1625b-i es el primer candidato a exoluna y, si se confirma, la primera luna que se encuentra fuera del Sistema Solar.
Crédito:
NASA, ESA.

¿Los planetas albergan vida? ¿O son sus lunas las que tienen más probabilidades de soportar formas de vida extraterrestres? Según un astrofísico de la Universidad de Lincoln, las lunas que orbitan los planetas fuera de nuestro Sistema Solar podrían darnos pistas sobre el grupo de mundos que pueden albergar vida extraterrestre.

¿De qué lunas estamos hablando?

Las llamadas “exolunas” son muy difíciles de encontrar. Tan difícil, de hecho, que no hay exolunas confirmadas. Ninguna. Los científicos tienen que localizarlas buscando el efecto que tienen sobre los objetos que los rodean. Sin embargo, el Dr. Phil Sutton, de la Universidad de Lincoln en el Reino Unido, cree que aunque pocos exoplanetas residen en la llamada “zona habitable”, algunos de ellos, en particular los grandes planetas gigantes de gas del tamaño de Júpiter, que son rutinariamente ignorados en la búsqueda de vida pueden, de hecho, albergar lunas que contienen agua líquida.

El siguiente artículo lo presenta y contiene además una completa selección de recursos sobre las Lunas Oceánicas en nuestro Sistema Solar:

Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.