As enormes forças geradas pela máquina Z no Sandia National Laboratories estão sendo usadas para replicar as pressões gravitacionais nas chamadas “super-Terras” para determinar quais podem manter atmosferas que poderiam sustentar vida.
Os astrônomos acreditam que as super-Terras – coleções de rochas até oito vezes maiores que a Terra – existem na casa dos milhões em nossa galáxia. “A questão diante de nós é se algum desses superplanetas são realmente semelhantes à Terra, com processos geológicos, atmosferas e campos magnéticos ativos”, disse o físico de Sandia, Joshua Townsend.
O trabalho atual na Z é descrito na Nature Communications de hoje. Pesquisadores do Programa de Ciência Fundamental de Sandia, trabalhando com colegas do Laboratório da Terra e Planetas do Carnegie Institution for Science em Washington, DC, usam as forças disponíveis na instalação Z excepcionalmente poderosa de Sandia para aplicar quase instantaneamente o equivalente a enormes pressões gravitacionais à ponte , também conhecido como silicato de magnésio, o material mais abundante em planetas sólidos.
Os experimentos, disse Townsend, deram origem a uma tabela baseada em dados que mostra quando o interior de um planeta seria sólido, líquido ou gasoso sob várias pressões, temperaturas e densidades, e em que intervalos de tempo previstos. Apenas um núcleo líquido – com seus metais deslocando-se uns sobre os outros em condições semelhantes às de um dínamo terrestre – produz os campos magnéticos que podem desviar os destrutivos ventos solares e raios cósmicos da atmosfera do planeta, permitindo a sobrevivência da vida. Esta informação crítica sobre a intensidade do campo magnético produzida pelos estados centrais de superterras de diferentes tamanhos estava anteriormente indisponível: os núcleos estão bem escondidos pela maior parte dos planetas que os cercam e, portanto, não são visíveis por visão remota. Para pesquisadores que preferiam experimentos terrestres em vez de imagens de longa distância, pressões suficientes não estavam disponíveis até que as capacidades de Z fossem recrutadas.
Yingwei Fei, o autor correspondente do estudo atual e cientista sênior da equipe do Laboratório Carnegie’s Earth and Planets, é conhecido por sua habilidade em sintetizar bridgmanita de grande diâmetro usando prensas multitons com bigornas de diamante sinterizado.
“Z forneceu à nossa colaboração uma ferramenta única que nenhuma outra técnica pode igualar, para explorarmos as condições extremas do interior das super-Terras”, disse ele. “Os dados de alta qualidade sem precedentes da máquina têm sido críticos para o avanço do nosso conhecimento das super-Terras.”
The Magnificent Seven
Uma análise mais aprofundada do estado de materiais gasosos e densos em super-Terras específicas produziu uma lista de sete planetas possivelmente dignos de um estudo mais aprofundado: 55 Cancri e; Kepler 10b, 36b, 80e e 93b; CoRoT-7b; e HD-219134b.
O gerente do Sandia, Christopher Seagle, que inicialmente propôs esses experimentos com Fei, disse: “Esses planetas, que achamos mais prováveis de sustentar vida, foram selecionados para estudos adicionais porque têm proporções semelhantes à da Terra em seu ferro, silicatos e gases voláteis, além de temperaturas interiores favoráveis à manutenção de campos magnéticos para proteção contra o vento solar. ”
O foco em planetas superdimensionados, em vez de pequenos, surgiu porque grandes pressões gravitacionais significam que as atmosferas têm maior probabilidade de sobreviver a longo prazo, disse Townsend.
Por exemplo, ele disse: “Como Marte era menor, tinha um campo gravitacional mais fraco para começar. Então, à medida que seu núcleo esfriava rapidamente, ele perdeu seu campo magnético e sua atmosfera foi subseqüentemente despojada”.
Z em ação
Para esses experimentos, a máquina Z, com condições de operação de até 26 milhões de amperes e centenas de milhares de volts, cria pulsos magnéticos de enorme potência que aceleram pedaços de cobre e alumínio do tamanho de um cartão de crédito, chamados flyer-plate. Estes foram lançados muito mais rápido do que uma bala de rifle em amostras de bridgmanita, o mineral mais comum da Terra. A pressão quase instantânea da interação forte criou ondas sonoras longitudinais e transversais no material que revelam se o material permanece sólido ou se transforma em um líquido ou gás, disse o pesquisador da Sandia e autor do artigo Chad McCoy. Com esses novos resultados, os pesquisadores receberam dados sólidos sobre os quais ancorar modelos planetários teóricos.
O artigo técnico conclui que os dados de densidade de alta precisão e as temperaturas de fusão excepcionalmente altas alcançadas na máquina Z “fornecem referências para cálculos teóricos sob condições extremas.”
Fei concluiu, “Nossa colaboração com cientistas Sandia levou a resultados que irão encorajar mais exploração acadêmica de exoplanetas, cuja descoberta capturou a imaginação do público.”
“Este trabalho identifica candidatos interessantes a exoplanetas para explorar mais”, disse Seagle. “A compressão de choque Z mais a capacidade incomum de Fei de sintetizar bridgmanita de grande diâmetro levam a uma oportunidade de obter dados relevantes para exoplanetas que não seriam possíveis em nenhum outro lugar.”
Publicado em 14/02/2021 12h00
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