El óxido de magnesio y la probabilidad de vida alienígena

¿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