“Substâncias proibidas” fortalecem campos magnéticos das super-terras

PHL@UPR Arecibo

Impressão de artista da super-Terra Gliese 832c (à esquerda), em comparação com o planeta Terra.

Usando modelos matemáticos, cientistas “olharam” para o interior de super-Terras e descobriram que podem conter compostos proibidos pelas regras da química clássica – e a presença destas recém-previstas substâncias pode aumentar a taxa de transferência de calor e fortalecer o campo magnético destes planetas.

No seu artigo mais recente, publicado na Scientific Reports. investigadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscovo, liderados por Artem R. Oganov, professor do Instituto de Ciência e Tecnologia de Skolkovo, tentaram descobrir quais os compostos que, a altas pressões, podem ser formados por silício, oxigénio e magnésio.

Estes elementos, em particular, não foram escolhidos ao acaso.

“Os planetas parecidos com a Terra consistem de uma crosta fina de silicatos, de um manto de silicatos e óxidos – que perfaz aproximadamente 7/8 do volume da Terra e consiste de mais de 90% de silicatos e óxido de magnésio – e um núcleo de ferro”, comenta Oganov.

“Podemos dizer que o magnésio, o oxigénio e o silício formam a base da química da Terra e dos planetas parecidos com a Terra”, acrescenta.

Em estudos anteriores, Oganov e colegas usaram o algoritmo USPEX para identificar novos compostos de sódio e de cloro, bem como outras substâncias exóticas.

Usando o algoritmo USPEX, os investigadores exploraram todos os compostos possíveis de Mg-Si-O que podem ocorrer a pressões que variam entre as 5 e as 30 milhões de atmosferas.

Tais pressões existem no interior das super-Terras – planetas rochosos com uma massa várias vezes superior à da Terra.

Não há planetas como este no Sistema Solar, mas os astrónomos conhecem vários planetas em redor de outras estrelas que não são tão pesados quanto os gigantes gasosos, mas consideravelmente mais massivos que a Terra. A estes chamamos super-Terras.

Estes planetas incluem o recentemente descoberto Gliese 832c, com cinco vezes a massa da Terra, ou a mega-Terra Kepler-10c, com 17 vezes a massa da Terra.

Os resultados da modelação computacional mostram que o interior destes planetas pode conter compostos “exóticos” como MgSi₃O₁₂ e MgSiO₆. Têm muitos mais átomos de oxigénio do que o elemento MgSiO₃, o composto mais abundante no interior da Terra.

Além disso, MgSi₃O₁₂ é metálico, ao passo que outras substâncias que consistem em átomos de Mg-Si-O são isoladoras ou semicondutoras.

“As suas propriedades são muito diferentes dos compostos normais de magnésio, oxigénio e silício – muitos deles são metais ou semicondutores. Isto é importante para gerar campos magnéticos nestes planeta”, explica Oganov.

“Dado que os campos magnéticos são produzidos por convecção de interiores planetários eletricamente condutores, a alta condutividade poderá significar um campo magnético significativamente mais poderoso”, acrescenta o investigador.

Um campo magnético mais forte significa uma protecção poderosa contra a radiação cósmica, favorável aos organismos vivos.

Os investigadores também previram três novos óxidos de magnésio e de silício, SiO, SiO₃ e MgO₃ – que não encaixam com as regras da química clássica – além dos óxidos MgO₂ e Mg₃O₂ anteriormente previstos por Oganov a pressões mais baixas.

O modelo computacional também permitiu com que os investigadores determinassem as reações de decomposição que o MgSiO3 sofre a pressões ultra-elevadas nas super-Terras – pós-perovskita.

“Isto afecta os limites das camadas no manto e a sua dinâmica. Por exemplo, uma mudança de fase exotérmica acelera a convecção do manto e a transferência de calor dentro do planeta, e uma transformação endotérmica abranda-as, diz Oganov.

“Isto quer dizer que a velocidade do movimento das placas litosféricas no planeta pode ser mais elevada,” comenta.

A convecção, que determina as placas tectónicas e a mistura do manto, pode ser ou mais rápida (acelerando a mistura do manto e a transferência de calor) ou mais lenta.

Na transformação endotérmica, um possível cenário é a formação de várias camadas convectivas independentes dentro do planeta.

O facto de que os continentes da Terra estão em constante movimento, “flutuando” à superfície do manto, é o que dá azo ao vulcanismo e a uma atmosfera.

CCVAlg