¿Qué tendrán que ver los cambios de fase a altas
presiones y temperaturas del óxido de magnesio con la probabilidad
de que exista vida en otros planetas? O, si se prefiere algo menos
dramático, ¿qué relación existe entre el diagrama de fases del
óxido de magnesio y las posibilidades de supervivencia de moléculas
complejas en la superficie de un planeta?
La respuesta está en que experimentos recientes
apuntan a que a altas presiones y temperaturas el óxido de magnesio
se convierte en un líquido metálico y, como este óxido es
representativo de los materiales rocosos en los mantos de los
planetas similares a la Tierra, se concluye que el interior de los
exoplanetas rocosos podría ser conductor eléctrico. Si el interior
es conductor eléctrico y líquido, sus movimientos generan un campo
magnético para el planeta, lo que protege su superficie del
bombardeo de partículas cargadas provenientes de su estrella que
tendrían la capacidad de destruir las posibles moléculas complejas
que pudieran formarse. Por tanto, los resultados que Stewart
Williams, de la Universidad Howard (EE.UU.), y sus colegas publican
en Science, apuntan a que la probabilidad de que los
exoplanetas rocosos, especialmente las supertierras, tengan un campo
magnético es mayor de lo que se suponía.
El óxido de magnesio es uno de los óxidos más
sencillos que están presentes en planetas rocosos como la Tierra y
que se especula con que puedan estar en el núcleo de algunos
planetas gaseosos como Júpiter. Se estima que su comportamiento
puede ser representativo de una amplia variedad de materiales, por lo
que el estudio de su comportamiento a altas presiones y temperaturas
es de gran interés para la comprensión de la geología de los
exoplanetas rocosos.
Existían una serie de predicciones teóricas que,
variando en los detalles (rangos de las variables), venían a
coincidir en dos puntos:
- Alrededor de los 0,33 TPa y a unos 8100 K la estructura cristalina del óxido de magnesio pasaría de ser la del cloruro sódico NaCl (cada átomo forma una celdilla cúbica centrada en las caras y ambas celdillas están interpenetradas o, lo que es más intuitivo, cada ión magnesio está rodeado por seis iones oxígeno y viceversa) a la del cloruro de cesio CsCl (cada átomo forma una celdilla cúbica simple y ambas celdillas están interpenetradas o cada ión magnesio está rodeado por ocho iones óxido y viceversa).
NaCl 
CsCl - En el entorno de los 0,59 TPa y a una temperatura cercana a 13600 K el óxido de magnesio pasaría a ser un líquido metálico
Como es comprensible, alcanzar estas presiones y
temperaturas en un laboratorio para dibujar experimentalmente el
diagrama de fases del óxido de magnesio no es tarea fácil. Y esto
es lo que ha conseguido precisamente el equipo de Williams usando una
técnica de ondas de choque generadas por láser. Sometieron pequeñas
muestras de óxido de magnesio a la presión generada por láseres de
alta potencia, llegando a sobrepasar los 1,5 TPa y los 50.000 K. La
iluminación de los láseres genera una onda de choque a través del
material que los investigadores son capaces de monitorizar, incluso
fotografiar (a la derecha).
Los resultados dejan en muy buen lugar a los
teóricos. Las dos transiciones de fase predichas se detectaron. La
transición cristalina NaCl a CsCl se encontró que se produce a
0,44 TPa y a una temperatura de 9000 K. Por otro lado la transición
a líquido metálico tiene lugar a una presión de 0,65 TPa y a una
temperatura de 14000 K.
Tanto el campo magnético terrestre como el de
Mercurio (el otro planeta rocoso con campo magnético del sistema
solar) se producen porque ambos planetas tendrían un núcleo de
hierro fundido en constante movimiento, lo que generaría el campo
magnético por el efecto dinamo. Si un planeta no tiene un interior conductor en movimiento, no
tendrá un campo magnético que lo proteja del viento solar de su
estrella, con lo que, por una parte, su superficie se verá
bombardeada por las partículas energéticas que constituyen el
viento solar y, por otra, parte de su atmósfera se perderá por la
erosión que genera la interacción del viento con la atmósfera.
Marte, por ejemplo, no tiene campo magnético en la actualidad, por
lo que una de las misiones de Curiosity es medir el nivel de
incidencia en la superficie del viento solar, clave para determinar
la habitabilidad actual del planeta.
El resultado de Williams et al. hace que
podamos interpretar la expresión “interior conductor” del
párrafo anterior en un sentido más amplio del que se venía
considerando. Puede que un planeta no tenga una dinamo en su núcleo,
pero podría tener suficiente óxido de magnesio para realizar la
misma función en su manto, siempre y cuando las temperaturas y
presiones sean lo suficientemente elevadas. Y aquí es donde entran
las supertierras, ya que su tamaño de hasta 15 veces la Tierra les
permite generar las condiciones para que este fenómeno ocurra.
En definitiva, el diagrama de fases del óxido de
magnesio nos dice que es más probable que las supertierras tengan
campos magnéticos, lo que implica que sus superficies y atmósferas
estarían más preservadas de los vientos solares de sus estrellas.
Y, aunque sea muy poco, también aumenta la probabilidad de que
exista vida alienígena.
Esta entrada es una participación de Experientia
docet en la XIX Edición del Carnaval de Química que organiza Leet mi explain
Referencia:
McWilliams, R., Spaulding, D., Eggert, J., Celliers, P., Hicks, D., Smith, R., Collins, G., & Jeanloz, R. (2012). Phase Transformations and Metallization of Magnesium Oxide at High Pressure and Temperature Science DOI: 10.1126/science.1229450
