Çfarë po ndodh në thellësitë e botëve të largëta?

Fizika dhe kimia që ndodhin thellë brenda planetit tonë janë thelbësore për ekzistencën e jetës siç e njohim ne. Por cilat forca janë në veprim në brendësi të botëve të largëta dhe si ndikojnë këto kushte në potencialin e tyre për banim?

Puna e re e udhëhequr nga Laboratori i Tokës dhe Planeteve të Carnegie përdor mimikën e bazuar në laborator për të zbuluar një strukturë të re kristalore që ka implikime të mëdha për të kuptuarit tonë të brendësisë së ekzoplaneteve të mëdha shkëmbore. Gjetjet e tyre janë publikuar nga Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Dinamika e brendshme e planetit tonë është thelbësore për ruajtjen e një mjedisi sipërfaqësor ku jeta mund të lulëzojë – duke drejtuar gjeodinamon që krijon fushën tonë magnetike dhe duke formësuar përbërjen e atmosferës sonë,” shpjegoi Rajkrishna Dutta nga Carnegie, autori kryesor. “Kushtet e gjetura në thellësitë e ekzoplaneteve të mëdha shkëmbore si super-Tokat do të ishin edhe më ekstreme.”

Mineralet silikate përbëjnë pjesën më të madhe të mantelit të Tokës dhe mendohet të jenë një komponent kryesor i brendësisë së planetëve të tjerë shkëmborë, gjithashtu, bazuar në llogaritjet e densitetit të tyre. Në Tokë, ndryshimet strukturore të shkaktuara në silikate nën presion të lartë dhe kushte të temperaturës përcaktojnë kufijtë kryesorë në brendësinë e thellë të Tokës, si ai midis mantelit të sipërm dhe të poshtëm.

Ekipi hulumtues – i cili përfshinte Sally June Tracy të Carnegie, Ron Cohen, Francesca Miozzi, Kai Luo dhe Jing Yang, si dhe Pamela Burnley nga Universiteti i Nevada Las Vegas, Dean Smith dhe Yue Meng nga Laboratori Kombëtar Argonne, Stella Chariton dhe Vitali Prakapenka i Universitetit të Çikagos dhe Thomas Duffy nga Universiteti i Princeton-it – ishin të interesuar të hetonin shfaqjen dhe sjelljen e formave të reja të silikatit në kushte që imitonin ato që gjenden në botët e largëta.

“Për dekada, studiuesit e Carnegie kanë qenë liderë në rikrijimin e kushteve të brendshme planetare duke vendosur mostra të vogla të materialit nën presione të mëdha dhe temperatura të larta,” tha Duffy.

Por ka kufizime në aftësinë e shkencëtarëve për të rikrijuar kushtet e brendshme ekzoplanetare në laborator. Modelimi teorik ka treguar se fazat e reja të silikatit shfaqen nën presionet që pritet të gjenden në mantelet e ekzoplaneteve shkëmborë që janë të paktën katër herë më masivë se Toka. Por ky tranzicion ende nuk është vërejtur.

Megjithatë, germaniumi është një mbështetje e mirë për silikonin. Të dy elementët formojnë struktura të ngjashme kristalore, por germaniumi shkakton kalime midis fazave kimike në temperatura dhe presione më të ulëta, të cilat janë më të menaxhueshme për t’u krijuar në eksperimente laboratorike.

Duke punuar me germanatin e magnezit, Mg2GeO4, analoge me një nga mineralet silikate më të bollshme të mantelit, ekipi ishte në gjendje të grumbullonte informacione rreth mineralogjisë së mundshme të super-tokave dhe ekzoplaneteve të tjerë të mëdhenj, shkëmborë.

Nën presionin atmosferik rreth 2 milionë herë normal, u shfaq një fazë e re me një strukturë të veçantë kristalore që përfshin një germanium të lidhur me tetë oksigjen.

“Gjëja më interesante për mua është se magnezi dhe germaniumi, dy elementë shumë të ndryshëm, zëvendësojnë njëri-tjetrin në strukturë,” tha Cohen.

Në kushtet e ambientit, shumica e silikateve dhe germanateve organizohen në atë që quhet strukturë tetraedrale, një silikon qendror ose germanium i lidhur me katër atome të tjerë. Megjithatë, në kushte ekstreme, kjo mund të ndryshojë.

“Zbulimi se nën presione ekstreme, silikatet mund të merrnin një strukturë të orientuar rreth gjashtë lidhjeve, në vend të katër, ishte një ndryshim total i lojës për sa i përket kuptimit të shkencëtarëve për dinamikën e thellë të Tokës,” shpjegoi Tracy. “Zbulimi i një orientimi të tetëfishtë mund të ketë implikime të ngjashme revolucionare për mënyrën se si ne mendojmë për dinamikën e brendshme të ekzoplaneteve.”