Exoplanetele bogate în oxigen pot fi active geologic

Oxigenul umil este mai mult decât un element de construcție a vieții. Elementul ar putea ajuta, de asemenea, oamenii de știință să arunce o privire în interiorul planetelor care orbitează stelele îndepărtate, sugerează un nou studiu.

Experimentele de laborator arată că rocile expuse la concentrații mai mari de oxigen se topesc la temperaturi mai scăzute decât rocile expuse la cantități mai mici. Descoperirea sugerează că exoplanetele stâncoase bogate în oxigen ar putea avea un strat gros de manta plină, posibil dând naștere unei lumi active din punct de vedere geologic, raportează cercetătorii în 9 noiembrie. Proceedings of the National Academy of Sciences.

Se crede că un interior lipici are efecte profunde asupra unei planete stâncoase. Roca topită adânc în interiorul unei planete este magma care alimentează activitatea geologică la suprafață, așa cum se întâmplă pe Pământ (SN: 31/7/13). În timpul erupțiilor vulcanice, substanțele volatile, cum ar fi vaporii de apă și dioxidul de carbon, pot să se scurgă din exsură magmatică, creând atmosfere care sunt potențial prietenoase cu viața (SN: 9/3/19). Dar factorii care determină topirea mantalei pe Pământ nu sunt bine înțeleși, iar oamenii de știință au avut tendința să se concentreze asupra rolului metalelor, cum ar fi fierul.

Impactul oxigenului asupra topirii rocii a fost trecut cu vederea, spune Yanhao Lin, un om de știință planetar la Centrul de Cercetare Avansată în Știință și Tehnologie de Înaltă Presiune din Beijing. Oxigenul este unul dintre cele mai abundente elemente de pe Pământ și probabil și de pe exoplanetele stâncoase, spune el. Ca atare, alți oameni de știință s-ar fi putut gândi anterior că este prea obișnuit ca un element să joace un rol atât de cutremurător, adaugă Lin.

În noul studiu, Lin și colegii săi au măsurat temperaturile de topire a rocii de bazalt sintetice, fără fier, sub rocă, în două medii: în condiții de foame de oxigen și expuse la aer bogat în oxigen. Echipa a folosit roca artificială pentru a izola efectul oxigenului asupra topirii și pentru a exclude efectele fierului, care poate influența și topirea rocii.

Pe măsură ce rocile topite s-au răcit la mai puțin de 1000 ° Celsius, mineralele din bazalt oxigenat au rămas topite mai mult decât probele sărăcite în oxigen, a observat echipa. Rocile oxigenate s-au solidificat constant la temperaturi cu 100° Celsius mai mici decât omologii lor.

Așa cum sarea scade temperatura de topire a gheții, oxigenul facilitează topirea rocilor, concluzionează cercetătorii. Lin emite ipoteza că oxigenul poate rupe lanțuri lungi de siliciu și atomi de oxigen în roca solidă, permițându-i să formeze bucăți mai mici. Aceste fragmente sunt mai mobile și pot curge mai ușor în comparație cu grupurile mai lungi și încurcate.

Gradul de oxidare ar putea determina modul în care interiorul siropos al unei exoplanete tinere se instalează în cele din urmă în straturile subterane. Un intestin mai oxidat și mai predispus la topire la temperaturi mai scăzute poate duce la un miez solid mai mic, o manta mai groasă și mai groasă și o coajă crustă mai lipsită de metal, spun cercetătorii.

Un avertisment la lucru este că cercetătorii au testat impactul doar al oxigenului asupra temperaturii de topire a rocilor. Echipa trebuie încă să ia în considerare alți factori, cum ar fi concentrația de fier și presiunea ridicată, care sunt, de asemenea, probabil parte din interioarele multor exoplanete din lumea reală. Acești factori suplimentari vor induce în continuare topirea, prezice Lin.

Descoperirile sunt „un efort foarte bun”, spune omul de știință planetar Tim Lichtenberg de la Universitatea din Oxford, care nu a fost implicat în studiu. Alte avertismente la topirea mantalei pot depăși contribuția oxigenului, dar noile rezultate sunt încă utile, spune el. Înțelegerea impactului potențial al oxigenului, de exemplu, ar putea fi valoroasă pentru a explica funcționarea interioară și istoria oricărei exoplanete pe care oamenii de știință o întâlnesc în observațiile lor astronomice. Această înțelegere ar putea fi și mai valoroasă – și mai oportună – pe măsură ce oamenii de știință se pregătesc să folosească telescopul spațial James Webb recent lansat pentru a sonda atmosferele altor lumi (SN: 10/6/21).

Experimentele de laborator, desigur, nu pot surprinde toate nuanțele interioarelor planetare din viața reală. Dar munca este necesară pentru a ghida – și a confirma – formularea teoriilor despre cum au apărut anumite tipuri de exoplanete, spune Lichtenberg. Simulările pot extinde apoi rezultatele experimentale atunci când sunt combinate cu alte tehnici, cum ar fi modelarea.

„Observațiile, modelarea și experimentele”, spune Lichtenberg, „există o trifectă”. Aceste trei componente se hrănesc unul pe celălalt pentru a avansa știința exoplanetelor în ansamblu, cu mult înainte ca omenirea să pună piciorul pe lumi atât de îndepărtate.