Στα βάθη τεράστιων βραχωδών εξωπλανητών, κρυμμένοι «ωκεανοί» λιωμένου πετρώματος ενδέχεται να δημιουργούν ισχυρά μαγνητικά πεδία με έναν αναπάντεχο τρόπο.
Πολύ κάτω από την επιφάνεια μακρινών βραχωδών εξωπλανητών, γνωστών ως υπερ-Γαίες, τεράστια στρώματα λιωμένου πετρώματος ενδέχεται να επιτελούν έναν αξιοσημείωτο ρόλο.
Οι κρυμμένες αυτές δεξαμενές θα μπορούσαν να δημιουργούν μαγνητικά πεδία αρκετά ισχυρά ώστε να προστατεύουν ολόκληρους πλανήτες από την κοσμική ακτινοβολία και άλλα σωματίδια υψηλής ενέργειας.
Ο μαγνητισμός των υπερ-Γαιών
Στη Γη, το μαγνητικό πεδίο προέρχεται από την κίνηση στον υγρό εξωτερικό πυρήνα σιδήρου του πλανήτη, μια διαδικασία που ονομάζεται δυναμό, αλλά οι μεγαλύτεροι βραχώδεις πλανήτες ενδέχεται να μη λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο.
Ορισμένες υπερ-Γαίες θα μπορούσαν να έχουν πυρήνες που είναι είτε στερεοί είτε εξ ολοκλήρου υγροί, περιορίζοντας την ικανότητά τους να παράγουν μαγνητικά πεδία μέσω αυτού του γνωστού μηχανισμού.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ, με επικεφαλής τη Miki Nakajima, εντόπισαν έναν βασικό ωκεανό μάγματος (BMO) ως πηγή υλικών, ανατρέποντας τις καθιερωμένες απόψεις για τη σύσταση του εσωτερικού των πλανητών.
Η ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Astronomy, ενδέχεται να αλλάξει τις μεθόδους αξιολόγησης της κατοικησιμότητας μακρινών κόσμων.
«Ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο είναι πολύ σημαντικό για τη ζωή σε έναν πλανήτη», λέει η Nakajima, «αλλά οι περισσότεροι βραχώδεις πλανήτες στο ηλιακό σύστημα, όπως η Αφροδίτη και ο Άρης, δεν διαθέτουν τέτοιο πεδίο επειδή οι πυρήνες τους δεν έχουν τις κατάλληλες φυσικές συνθήκες για να το δημιουργήσουν.
Ωστόσο, οι υπερ-Γαίες μπορούν να παράγουν δυναμό στους πυρήνες τους ή/και στο μάγμα τους, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την πλανητική τους κατοικησιμότητα».
Τι είναι μια υπερ-Γαία;
Οι υπερ-Γαίες είναι πλανήτες μεγαλύτεροι από τη Γη, αλλά μικρότεροι από τους «παγωμένους γίγαντες» όπως ο Ποσειδώνας.
Θεωρείται ότι είναι κυρίως βραχώδεις, με στερεές επιφάνειες αντί για παχιά αέρια στρώματα όπως αυτά που περιβάλλουν τον Δία ή τον Κρόνο. Παρόλο που είναι ο πιο συχνά ανιχνεύσιμος τύπος εξωπλανήτη στον γαλαξία μας, δεν υπάρχει κανένας στο δικό μας ηλιακό σύστημα.
Ο όρος «υπερ-Γαία» αναφέρεται αποκλειστικά στο μέγεθος και τη μάζα τους, και όχι στο πόσο μοιάζουν με τη Γη σε άλλα χαρακτηριστικά.
Επειδή είναι τόσο διαδεδομένες, οι υπερ-Γαίες παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται οι πλανήτες με την πάροδο του χρόνου.
Πολλές από αυτές βρίσκονται σε τροχιά εντός των κατοικήσιμων ζωνών των άστρων τους, όπου θα μπορούσε να υπάρξει νερό σε υγρή μορφή.
Εξετάζοντας τη δομή, τις ατμόσφαιρες και τα μαγνητικά τους πεδία, οι επιστήμονες συνθέτουν στοιχεία για το πώς αναπτύσσονται τα πλανητικά συστήματα και πού μπορεί να εμφανιστούν συνθήκες φιλικές προς τη ζωή.
Προσομοιώνοντας τις υπερ-Γαίες στη Γη
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι νωρίς στην ιστορία της, η Γη ενδέχεται να διέθετε επίσης έναν βασικό ωκεανό μαγμάτος.
Αυτό το στρώμα λιωμένου ή μερικώς λιωμένου πετρώματος στη βάση του μανδύα μπορεί να επηρεάσει το μαγνητικό πεδίο ενός πλανήτη, την εσωτερική ροή θερμότητας και τη χημική του εξέλιξη.
Δεδομένου ότι οι υπερ-Γαίες είναι μεγαλύτερες και δέχονται πολύ μεγαλύτερη εσωτερική πίεση, είναι πιο πιθανό να διατηρούν αυτά τα λιωμένα στρώματα για μεγάλα χρονικά διαστήματα, καθιστώντας τους BMOs (βασικούς ωκεανούς μαγμάτος) κεντρικό στοιχείο για την κατανόηση της εσωτερικής τους δυναμικής και της πιθανής κατοικησιμότητάς τους.
Για να μελετήσουν αυτές τις ακραίες συνθήκες, η Nakajima και η ομάδα της πραγματοποίησαν πειράματα κρουστικών κυμάτων με λέιζερ στο Εργαστήριο Ενεργειακής Λέιζερ του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ.
Συνδύασαν αυτά τα πειράματα με κβαντομηχανικές προσομοιώσεις και μοντέλα πλανητικής εξέλιξης, εστιάζοντας στον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται το λιωμένο πέτρωμα υπό πιέσεις παρόμοιες με αυτές που επικρατούν στο εσωτερικό ενός βασικού ωκεανού μαγμάτος (BMO).
Πώς δημιουργούνται τα μαγνητικά πεδία
Τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι σε τόσο υψηλές πιέσεις, το λιωμένο πέτρωμα βαθιά μέσα στον μανδύα ενός πλανήτη μπορεί να γίνει αρκετά ηλεκτρικά αγώγιμο ώστε να διατηρήσει ένα μαγνητικό πεδίο για δισεκατομμύρια χρόνια.
Το εύρημα υποδηλώνει ότι οι υπερ-Γαίες με μέγεθος από τρεις έως έξι φορές μεγαλύτερο της Γης θα μπορούσαν να παράγουν ισχυρά και μακροχρόνια μαγνητικά πεδία μέσω δυναμό που τροφοδοτούνται από το μάγμα.
Αυτά τα πεδία ενδέχεται να είναι ακόμα πιο ισχυρά και σταθερά από εκείνα της Γης, αυξάνοντας τις πιθανότητες αυτοί οι πλανήτες να μπορούν να υποστηρίξουν ζωή.
«Αυτή η εργασία ήταν συναρπαστική και απαιτητική, δεδομένου ότι το υπόβαθρό μου είναι κυρίως υπολογιστικό και αυτή ήταν η πρώτη μου πειραματική εργασία», λέει η Nakajima.
«Είμαι ευγνώμων για την υποστήριξη των συνεργατών μου από διάφορα ερευνητικά πεδία για τη διεξαγωγή αυτής της διεπιστημονικής εργασίας. Ανυπομονώ για τις μελλοντικές παρατηρήσεις μαγνητικών πεδίων σε εξωπλανήτες που θα δοκιμάσουν την υπόθεσή μας».