En lo profundo del corazón de los mundos alienígenas, los cristales se forman bajo presiones hasta 40 millones de veces más intensas que la presión atmosférica en la Tierra, y hasta 10 veces más intensas que la presión en el núcleo de nuestro planeta. Comprenderlos mejor podría ayudarnos a buscar vida en otros lugares de nuestra galaxia.
En este momento, los científicos no saben casi nada sobre estos misteriosos cristales. No saben cómo y cuándo se forman, cómo se ven o cómo se comportan. Pero las respuestas a esas preguntas podrían tener enormes implicaciones para las superficies de esos mundos, ya sea que estén cubiertas de magma o hielo, o que sean bombardeadas con radiación de sus estrellas anfitrionas. La respuesta, a su vez, podría afectar la posibilidad de que estos planetas alberguen vida.
Los interiores de estos exoplanetas son misteriosos para nosotros porque, en nuestro sistema solar, los planetas tienden a ser pequeños y rocosos, como la Tierra y Marte, o grandes y gaseosos, como Saturno y Júpiter. Pero en los últimos años, los astrónomos han descubierto que las llamadas "súper-Tierras" - planetas rocosos gigantes - y "mini-Neptunas" - planetas gaseosos más pequeños que los que existen en nuestro sistema solar - son más comunes en el resto de nuestra galaxia.
Debido a que estos planetas solo pueden verse como débiles parpadeos en la luz que proviene de sus estrellas anfitrionas, mucho de ellos sigue siendo misterioso. ¿Son superdensos o súper anchos? ¿De qué están hechas sus superficies? ¿Tienen campos magnéticos? Resulta que las respuestas a esas preguntas dependen en gran medida del comportamiento de la roca y el hierro en sus núcleos ultrapresurizados.
Los límites de la ciencia actual.
En este momento, nuestra comprensión de los exoplanetas se basa principalmente en aumentar o disminuir lo que sabemos sobre los planetas en nuestro propio sistema solar, dijo Diana Valencia, científica planetaria de la Universidad de Toronto en Canadá, que convocó en la reunión de marzo del estadounidense. Sociedad Física (APS) para físicos minerales para explorar estos exóticos materiales exoplanetarios.
El problema con el enfoque de ampliación es que realmente no se puede entender cómo se comportará el hierro a 10 veces la presión del núcleo de la Tierra con solo multiplicarse, dijo. A esas enormes presiones, las propiedades de los productos químicos cambian fundamentalmente.
"Esperaríamos encontrar cristales dentro de las súper-Tierras que no existen en la Tierra, o en cualquier otro lugar de la naturaleza, para el caso", dijo Lars Stixrude, un físico teórico de minerales en la Universidad de California, Los Ángeles, que ha hecho Trabajo teórico básico para calcular las propiedades de estos materiales extremos. "Estos serían arreglos únicos de los átomos que solo existen a muy alta presión".
Estos diferentes arreglos suceden, dijo a Live Science, porque enormes presiones cambian fundamentalmente la forma en que los átomos se unen. En la superficie de la Tierra e incluso en el interior de nuestro planeta, los átomos se unen usando solo los electrones en sus capas exteriores. Pero a presiones de la súper-Tierra, los electrones más cercanos al núcleo atómico se involucran y cambian por completo las formas y propiedades de los materiales.
Y esas propiedades químicas podrían afectar el comportamiento de planetas enteros. Por ejemplo, los científicos saben que las súper-Tierras atrapan mucho calor. Pero no saben cuánto, y la respuesta a esa pregunta tiene implicaciones importantes para los volcanes y la tectónica de placas de esos planetas. A las presiones internas de la Tierra, los elementos más ligeros se mezclan con el núcleo de hierro, impactando el campo magnético del planeta, pero eso podría no suceder a presiones más altas. Incluso el tamaño físico de las súper-Tierras depende de la estructura cristalina de los compuestos en sus núcleos.
Pero sin planetas de este tipo para estudiar de cerca en nuestro propio sistema solar, dijo Valencia, los científicos tienen que recurrir a cálculos físicos básicos y experimentos para responder a este tipo de preguntas. Pero esos cálculos a menudo arrojan respuestas abiertas, dijo Stixrude. ¿En cuanto a los experimentos?
"Esas presiones y temperaturas están más allá de la capacidad de la mayoría de la tecnología y los experimentos que tenemos hoy", dijo.
Construyendo una súper Tierra en la Tierra regular
En la Tierra, los experimentos de presión más extrema implican aplastar pequeñas muestras entre los puntos afilados de dos diamantes industriales.
Pero esos diamantes tienden a romperse mucho antes de alcanzar presiones de súper Tierra, dijo Stixrude. Para sortear las limitaciones de los diamantes, los físicos están recurriendo a experimentos de compresión dinámica, del tipo realizado por el físico mineral Tom Duffy y su equipo en la Universidad de Princeton.
Estos experimentos producen más presiones de tipo súper-Tierra, pero solo por fracciones de segundo.
"La idea es irradiar una muestra con un láser de muy alta potencia, y rápidamente calienta la superficie de esa muestra y expulsa un plasma", dijo a Live Science Duffy, quien presidió la sesión de APS donde Valencia habló.
Los pedazos de la muestra, que se calientan repentinamente, salen de la superficie, creando una onda de presión que se mueve a través de la muestra.
"Es realmente como un efecto de cohete", dijo Duffy.
Las muestras involucradas son pequeñas, casi planas, y de aproximadamente un milímetro cuadrado de superficie, dijo. Y todo dura unos nanosegundos. Cuando la onda de presión llega a la parte posterior de la muestra, todo se rompe. Pero a través de cuidadosas observaciones durante esos breves pulsos, Duffy y sus colegas han descubierto las densidades e incluso las estructuras químicas del hierro y otras moléculas bajo presiones nunca antes vistas.
Todavía hay muchas preguntas sin respuesta, pero el estado del conocimiento en el campo está cambiando rápidamente, dijo Valencia. Por ejemplo, el primer artículo sobre la estructura de las súper-Tierras (que Valencia publicó en febrero de 2007 en The Astrophysical Journal como estudiante graduado en Harvard) está desactualizado porque los físicos han obtenido nueva información sobre los químicos dentro de nuestro propio planeta.
Duffy dijo que responder estas preguntas es importante, ya que nos pueden decir si los mundos alienígenas distantes tienen características como la tectónica de placas, el flujo de magma y los campos magnéticos, y por lo tanto, si podrían soportar la vida.
