Estudiando los mundos acuáticos en la galaxia

Las observaciones astrofísicas han demostrado que los exoplanetas ricos en agua similares a Neptuno son comunes en nuestra galaxia. Se cree que estos “mundos de agua” están cubiertos por una gruesa capa de agua, de cientos a miles de kilómetros de profundidad, sobre un manto rocoso.

Aunque los exoplanetas ricos en agua son comunes, su composición es muy diferente a la de la Tierra, por lo que hay muchas incógnitas en cuanto a la estructura, composición y ciclos geoquímicos de estos planetas.

Con el fin de aprender más sobre estos planetas, un equipo internacional de investigadores, dirigido por la Universidad Estatal de Arizona, ha proporcionado uno de los primeros estudios de laboratorio de mineralogía para exoplanetas ricos en agua. Los resultados de su estudio se han publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Estudiar las reacciones y procesos químicos es un paso esencial para desarrollar una comprensión de estos tipos de planetas comunes”, dijo el co-autor Dan Shim, de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU.

La conjetura científica general es que el agua y la roca forman capas separadas en el interior de los mundos acuáticos. Debido a que el agua es más ligera, debajo de la capa de agua en los planetas ricos en ella debería haber una capa rocosa. Sin embargo, la presión y temperatura extremas en el límite entre el agua y las capas rocosas podrían cambiar fundamentalmente el comportamiento de estos materiales.

Para simular esta alta presión y temperatura en el laboratorio, la autora principal y científica investigadora Carole Nisr llevó a cabo experimentos en el laboratorio de Shim para materiales terrestres y planetarios en ASU, utilizando células-yunque de diamante de alta presión.

Para medir las estructuras cristalinas a escala atómica a alta presión y temperatura, se alinea una célula-yunque de diamante con una muestra con un rayo de rayos X (línea azul) y rayos láser (áreas naranjas). Los rayos láser calientan la muestra a miles de kelvin de temperatura. El pequeño rectángulo rojo/gris entre los yunques de diamante es la muestra. (Foto: Dan Shim/ASU)

Para su experimento, el equipo sumergió sílice en agua, comprimió la muestra entre los diamantes a una presión muy alta, y luego calentó la muestra con rayos láser a más de unos pocos miles de grados Celsius.

El equipo también llevó a cabo calentamiento con láser en el Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois. Para vigilar la reacción entre la sílice y el agua, se tomaron mediciones de rayos X mientras el láser calentaba la muestra a altas presiones.

Lo que encontraron fue una nueva e inesperada fase sólida con silicio, hidrógeno y oxígeno juntos.

“Originalmente, se pensaba que las capas de agua y roca en los planetas ricos en agua estaban bien separadas”, dijo Nisr. “Pero descubrimos a través de nuestros experimentos una reacción previamente desconocida entre el agua y el silicio, y la estabilidad de una fase sólida en una composición aproximadamente intermedia. La distinción entre el agua y la roca parecía ser sorprendentemente ‘borrosa’ a alta presión y alta temperatura”.

Los investigadores esperan que estos hallazgos hagan avanzar nuestro conocimiento sobre la estructura y composición de los planetas ricos en agua y sus ciclos geoquímicos.

“Nuestro estudio tiene importantes implicaciones y plantea nuevas preguntas para la composición química y la estructura de los interiores de los exoplanetas ricos en agua”, dijo Nisr. “El ciclo geoquímico de los planetas ricos en agua podría ser muy diferente al de los planetas rocosos, como la Tierra”. (Fuente: NCYT Amazings)

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