Ilustración de un planeta rico en carbono con diamantes y sílice como principales minerales. El agua puede convertir un planeta de carburo en un planeta rico en diamantes. En el interior, los principales minerales serían el diamante y la sílice (una capa con cristales en la ilustración). El núcleo (azul oscuro) puede ser una aleación de hierro y carbono. Crédito: Shim / ASU / Vecteezy
Como misiones como NASAes telescopio espacial Hubble, TESS, y Kepler continúa brindando información sobre las propiedades de los exoplanetas (planetas alrededor de otras estrellas), los científicos son cada vez más capaces de reconstruir cómo son estos planetas, de qué están hechos y si podrían ser habitables o incluso habitados.
En un nuevo estudio publicado recientemente en La Revista de Ciencias Planetarias, un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y el Universidad de Chicago han determinado que algunos exoplanetas ricos en carbono, dadas las circunstancias adecuadas, podrían estar hechos de diamantes y sílice.
“Estos exoplanetas no se parecen a nada en nuestro sistema solar”, dijo el autor principal Harrison Allen-Sutter de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU.
Un planeta de carbono inalterado (izquierda) se transforma de un manto dominado por carburo de silicio a un manto dominado por sílice y diamantes (derecha). La reacción también produce metano e hidrógeno. Crédito: Harrison / ASU
Formación de exoplanetas de diamantes
Cuando se forman las estrellas y los planetas, lo hacen a partir de la misma nube de gas, por lo que su composición general es similar. Una estrella con una relación de carbono a oxígeno más baja tendrá planetas como la Tierra, compuestos de silicatos y óxidos con un contenido de diamantes muy pequeño (el contenido de diamantes de la Tierra es de aproximadamente 0,001%).
Pero los exoplanetas alrededor de estrellas con una relación de carbono a oxígeno más alta que nuestro sol tienen más probabilidades de ser ricos en carbono. Allen-Sutter y los coautores Emily Garhart, Kurt Leinenweber y Dan Shim de ASU, con Vitali Prakapenka y Eran Greenberg de la Universidad de Chicago, plantearon la hipótesis de que estos exoplanetas ricos en carbono podrían convertirse en diamante y silicato, si el agua (que es abundantes en el universo) estaban presentes, creando una composición rica en diamantes.
En una celda de yunque de diamante, dos diamantes de cristal único de calidad gema se forman en yunques (parte superior plana en la foto) y luego se enfrentan entre sí. Las muestras se cargan entre los culets (superficies planas), luego la muestra se comprime entre los yunques. Crédito: Shim / ASU
Yunques de diamante y rayos X
Para probar esta hipótesis, el equipo de investigación necesitaba imitar el interior de exoplanetas de carburo utilizando altas temperaturas y altas presiones. Para hacerlo, utilizaron celdas de yunque de diamante de alta presión en el laboratorio del coautor Shim’s Lab for Earth and Planetary Materials.
Primero, sumergieron carburo de silicio en agua y comprimieron la muestra entre diamantes a una presión muy alta. Luego, para monitorear la reacción entre el carburo de silicio y el agua, llevaron a cabo un calentamiento con láser en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, tomando mediciones de rayos X mientras el láser calentaba la muestra a altas presiones.
Como predijeron, con altas temperaturas y presión, el carburo de silicio reaccionó con el agua y se convirtió en diamantes y sílice.
Los objetos en forma de cilindro en esta foto son celdas de yunque de diamante. Las celdas de yunque de diamante se montan en soportes de cobre y luego se insertan en la trayectoria del rayo láser / rayos X del sincrotrón. La foto muestra las células del yunque de diamante y los soportes antes de alinearlos para experimentos de rayos X / láser. Crédito: Shim / ASU
Habitabilidad y habitabilidad
Hasta ahora, no hemos encontrado vida en otros planetas, pero la búsqueda continúa. Los científicos planetarios y los astrobiólogos están utilizando sofisticados instrumentos en el espacio y en la Tierra para encontrar planetas con las propiedades correctas y la ubicación correcta alrededor de sus estrellas donde podría existir vida.
Sin embargo, para los planetas ricos en carbono que son el foco de este estudio, es probable que no tengan las propiedades necesarias para la vida.
Si bien la Tierra es geológicamente activa (un indicador de habitabilidad), los resultados de este estudio muestran que los planetas ricos en carbono son demasiado difíciles para ser geológicamente activos y esta falta de actividad geológica puede hacer que la composición atmosférica sea inhabitable. Las atmósferas son críticas para la vida, ya que nos proporcionan aire para respirar, protección contra el entorno hostil del espacio e incluso presión para permitir el agua líquida.
“Independientemente de la habitabilidad, este es un paso adicional para ayudarnos a comprender y caracterizar nuestras cada vez mayores y mejoradas observaciones de exoplanetas”, dijo Allen-Sutter. “Cuanto más aprendamos, mejor podremos interpretar los nuevos datos de las próximas misiones futuras como el Telescopio espacial James Webb y el telescopio espacial romano Nancy Grace para comprender los mundos más allá de nuestro propio sistema solar “.
Referencia: “Oxidación del interior de exoplanetas de carburo” por H. Allen-Sutter, E. Garhart, K. Leinenweber, V. Prakapenka, E. Greenberg y S.-H. Shim, 26 de agosto de 2020, La Revista de Ciencias Planetarias.
DOI: 10.3847 / PSJ / abaa3e
