I ricercatori hanno dimostrato, attraverso esperimenti con laser ad alta energia, che l’ossido di magnesio è probabilmente il primo minerale a solidificarsi nella formazione delle super-Terre, influenzando in modo cruciale l’evoluzione geofisica di questi pianeti.
Ossido di magnesio: la chiave per la formazione delle super-Terre
Un nuovo studio ha rivelato che l’ossido di magnesio, un minerale chiave nella formazione dei pianeti, potrebbe essere il primo a solidificarsi nello sviluppo di esopianeti “super-Terre”, con il suo comportamento in condizioni estreme che influenzerebbero in modo significativo lo sviluppo planetario.
Gli scienziati hanno osservato per la prima volta come gli atomi nell’ossido di magnesio si trasformano e si fondono in condizioni estremamente difficili, fornendo nuove informazioni su questo minerale chiave all’interno del mantello terrestre che è noto per influenzare la formazione dei pianeti.
Esperimenti con laser ad alta energia, che hanno sottoposto minuscoli cristalli del minerale al tipo di calore e pressione che si trovano nelle profondità del mantello di un pianeta roccioso, hanno suggerito che il composto potrebbe essere il primo minerale a solidificarsi dagli oceani di magma formando esopianeti “super-Terre”.
June Wicks, assistente Professore di Scienze della Terra e Planetarie presso la Johns Hopkins University che ha guidato la ricerca, ha dichiarato: “L’ossido di magnesio potrebbe essere il solido più importante che controlla la termodinamica delle giovani super-Terre. Se avesse una temperatura di fusione così elevata, sarebbe il primo solido a cristallizzare quando un pianeta caldo e roccioso inizia a raffreddarsi e il suo interno si separa in un nucleo e un mantello”.
Super-Terre: l’ossido di magnesio svela i segreti della loro formazione
I risultati, recentemente pubblicati sulla rivista Science Advances, suggeriscono che il modo in cui l’ossido di magnesio passa da una forma all’altra potrebbe avere importanti implicazioni per i fattori che controllano se un giovane pianeta sarà una palla di neve o una roccia fusa, svilupperà oceani o atmosfere d’acqua, o avrà un misto di queste caratteristiche.
Wicks ha spiegato: “Nelle super-Terre, dove questo materiale diventerà una componente importante del mantello, la sua trasformazione contribuirà in modo significativo alla velocità con cui il calore si muove all’interno, cosa che controllerà il modo in cui l’interno e il resto dell’ambiente si muoveranno. Possiamo pensare a questo come a un proxy per gli interni di questi pianeti, poiché sarà il materiale che ne controllerà la deformazione, uno degli elementi costitutivi più importanti dei pianeti rocciosi.”
Più grandi della Terra ma più piccole di giganti come Nettuno o Urano, le super-Terre sono obiettivi chiave nelle ricerche sugli esopianeti perché si trovano comunemente tra gli altri sistemi solari della galassia. Mentre la composizione di questi pianeti può variare dal gas al ghiaccio o all’acqua, si prevede che le super-Terre rocciose contengano quantità significative di ossido di magnesio che possono influenzare il campo magnetico del pianeta, il vulcanismo e altri aspetti geofisici chiave come fanno sulla Terra.
Per imitare le condizioni estreme che questo minerale potrebbe sostenere durante la formazione del pianeta, il team di Wick ha sottoposto piccoli campioni a pressioni ultra elevate utilizzando l’impianto laser Omega-EP presso il Laboratorio di Energetica Laser dell’Università di Rochester.
Gli scienziati hanno condotto ulteriori esperimenti, bombardando i campioni con raggi X e registrando la loro diffrazione sui cristalli. In questo modo, hanno potuto osservare come gli atomi si riorganizzavano in risposta alle crescenti pressioni, determinando con precisione il punto di passaggio dallo stato solido a quello liquido.
Quando vengono schiacciati con estrema forza, gli atomi di materiali come l’ossido di magnesio cambiano la loro disposizione per sostenere le pressioni di frantumazione. Ecco perché il minerale passa da una “fase” di salgemma simile al sale da cucina a una configurazione diversa come quella di un altro sale chiamato cloruro di cesio all’aumentare della pressione. Questo comporta una trasformazione che può influenzare la viscosità di un minerale e l’impatto su un pianeta.
Ossido di magnesio: un sale “estremo” per le super-Terre
I risultati del team hanno mostrato che l’ossido di magnesio può esistere in entrambe le sue fasi a pressioni che vanno da 430 a 500 gigapascal e temperature di circa 9.700 gradi Kelvin, quasi il doppio della temperatura della superficie del Sole. Gli esperimenti hanno dimostrato anche che le pressioni più alte che il minerale può sopportare prima di sciogliersi completamente sono fino a 600 gigapascal, circa 600 volte la pressione che si avvertirebbe nelle fosse più profonde dell’oceano.
Wicks ha affermato: “L’ossido di magnesio si scioglie a una temperatura molto più elevata rispetto a qualsiasi altro materiale o minerale. I diamanti possono essere i materiali più duri, ma è quello che si scioglierà per ultimo. Quando si tratta di materiali estremi nei pianeti giovani, l’ossido di magnesio sarà probabilmente solido, mentre tutto il resto che sarà sospeso laggiù nel mantello verrà trasformato in liquido”.
Lo studio ha mostrato la stabilità e la semplicità dell’ossido di magnesio sotto pressioni estreme e potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare modelli teorici più accurati per sondare domande chiave sul comportamento di questo e di altri minerali all’interno di mondi rocciosi come la Terra.
Concludendo, Wicks ha affermato: “Questo studio rappresenta una vera e propria dichiarazione d’amore per l’ossido di magnesio. È davvero sorprendente che, pur possedendo la temperatura di fusione più alta conosciuta, che supera addirittura quella del centro della Terra, questo materiale continui a comportarsi come un normale sale. Si tratta davvero di un sale straordinario, la cui semplicità strutturale rimane tale anche in condizioni di pressione e temperatura estreme”.
