La dynamique intérieure de la super-Terre peut-elle préparer le terrain pour l’habitabilité? Les super-Terres sont-elles capables de créer des conditions propices à l’apparition et à la prospérité de la vie? –

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  • Une nouvelle recherche menée par Yingwei Fei de Carnegie fournit un cadre pour comprendre les intérieurs des super-Terres – des exoplanètes rocheuses entre 1,5 et 2 fois la taille de notre planète d’origine – ce qui est une condition préalable pour évaluer leur potentiel d’habitabilité. Les planètes de cette taille sont parmi les plus abondantes des systèmes exoplanétaires. L’article est publié dans Communications de la nature.

    «Bien que les observations de la composition atmosphérique d’une exoplanète soient le premier moyen de rechercher des signatures de vie au-delà de la Terre, de nombreux aspects de l’habitabilité de la surface d’une planète sont influencés par ce qui se passe sous la surface de la planète, et c’est là que l’expertise de longue date du chercheur Carnegie dans les propriétés de des matériaux rocheux sous des températures et des pressions extrêmes entrent en jeu », a expliqué Richard Carlson, directeur du laboratoire Terre et planètes.

    Sur Terre, la dynamique intérieure et la structure du manteau de silicate et du noyau métallique entraînent la tectonique des plaques et génèrent la géodynamique qui alimente notre champ magnétique et nous protège des particules ionisantes dangereuses et des rayons cosmiques. La vie telle que nous la connaissons serait impossible sans cette protection. De même, la dynamique intérieure et la structure des super-Terres façonneront les conditions de surface de la planète.

    Avec les découvertes passionnantes d’une diversité d’exoplanètes rocheuses au cours des dernières décennies, les super-Terres beaucoup plus massives sont-elles capables de créer des conditions propices à l’apparition et à la croissance de la vie?

    La connaissance de ce qui se passe sous la surface d’une super-Terre est cruciale pour déterminer si un monde éloigné est capable ou non d’accueillir la vie. Mais les conditions extrêmes des intérieurs planétaires de masse super-terrestre mettent au défi la capacité des chercheurs à sonder les propriétés matérielles des minéraux susceptibles d’y exister.

    C’est là qu’intervient le mimétisme en laboratoire.

    Pendant des décennies, les chercheurs de Carnegie ont été des chefs de file dans la recréation des conditions des intérieurs planétaires en soumettant de petits échantillons de matériau à d’immenses pressions et à des températures élevées. Mais parfois même ces techniques atteignent leurs limites.

    «Afin de construire des modèles qui nous permettent de comprendre la dynamique intérieure et la structure des super-Terres, nous devons être en mesure de prélever des données d’échantillons qui se rapprochent des conditions qui y seraient trouvées, qui pourraient dépasser 14 millions de fois la pression atmosphérique, “Expliqua Fei. “Cependant, nous avons continué à nous heurter à des limitations lors de la création de ces conditions en laboratoire.”

    Une percée a eu lieu lorsque l’équipe – comprenant Asmaa Boujibar et Peter Driscoll de Carnegie, ainsi que Christopher Seagle, Joshua Townsend, Chad McCoy, Luke Shulenburger et Michael Furnish de Sandia National Laboratories – ont obtenu l’accès aux laboratoires nationaux les plus puissants du monde, magnétiquement. machine à puissance pulsée entraînée (Z Pulsed Power Facility de Sandia) pour choquer directement un échantillon à haute densité de bridgmanite – un silicate de magnésium à haute pression qui serait prédominant dans le manteau des planètes rocheuses – afin de l’exposer conditions extrêmes pertinentes à l’intérieur des super-Terres.

    Une série d’expériences d’ondes de choc à hypervélocité sur un matériau représentatif du manteau super-terrestre a fourni des mesures de densité et de température de fusion qui seront fondamentales pour interpréter les masses et les rayons observés des super-Terres.

    Les chercheurs ont découvert que sous des pressions représentatives des intérieurs super-terrestres, la bridgmanite a un point de fusion très élevé, ce qui aurait des implications importantes pour la dynamique intérieure. Selon certains scénarios d’évolution thermique, disent-ils, les planètes rocheuses massives pourraient avoir une géodynamo entraînée thermiquement au début de leur évolution, puis la perdre pendant des milliards d’années lorsque le refroidissement ralentit. Une géodynamique soutenue pourrait éventuellement être relancée par le mouvement d’éléments plus légers à travers la cristallisation du noyau interne.

    “La capacité de faire ces mesures est cruciale pour développer des modèles fiables de la structure interne des super-Terres jusqu’à huit fois la masse de notre planète”, a ajouté Fei. “Ces résultats auront un impact profond sur notre capacité à interpréter les données d’observation.”

    Le projet est partiellement soutenu par une subvention Carnegie Venture et la National Science Foundation des États-Unis.

    Le projet est rendu possible par le programme Z Fundamental Science.

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