Super-Erden können tief in ihrem Mantel fest sein

Eine kürzlich durchgeführte Studie legt nahe, dass die tiefen Innenräume von Supererden, felsigen Planeten mit einer Masse zwischen einem und zehnmal der Erde, wahrscheinlich aus festen Materialien und nicht aus Flüssigkeiten bestehen.

Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in AGU Advances, zeigen, dass dieses Mineral einen ungewöhnlich hohen Schmelzpunkt aufweist, was möglicherweise erklärt, warum die tiefen Mantel dieser Planeten fest bleiben. Die Studie konzentrierte sich auf Magnesiumorthosilikat oder Mg2SiO4, eine Schlüsselkomponente von felsigen Planeten. Unter normalen erdähnlichen Bedingungen unterliegt dieses Mineral strukturellen Veränderungen, wenn der Druck zunimmt, und durchläuft mehrere kristalline Phasen. Im Erdmantel übernimmt es die Spinelfase, die schließlich in Bridgmanit und Ferropericlase in größeren Tiefen zerfällt.

Diese Phase war bisher unbekannt und wird angenommen, dass sie den tiefen Mantel dieser größeren Planeten dominiert. Um die Eigenschaften von Mg2SiO4 nach dem Spinel zu untersuchen, verwendete das Forschungsteam eine rechnerische Methode, die thermodynamische Integration genannt wird. Dies ermöglichte es ihnen, das Schmelzverhalten des Minerals bei Drücken von bis zu 1.300 Gigapascal zu simulieren, einem Niveau, das mit den Bedingungen vergleichbar ist, die in den Kernen von Super-Erden vorkommen.

Sein Schmelzbereich erstreckt sich von etwa 9.780 Kelvin bis 14.897 Kelvin, was die Schmelzpunkte verwandter Mineralien wie Bridgmanit und MgSiO3 Postperovskit weit übersteigt. Selbst wenn kleine Mengen an Eisen eingeführt wurden, ein Element, das häufig in Exoplanetenverbindungen vorkommt, blieb der Schmelzpunkt von Mg2SiO4 nach dem Spinel weit über den geschätzten Temperaturen der tiefen Mantel der meisten Supererden. Dies deutet darauf hin, dass das Mineral unter typischen inneren Bedingungen nicht schmilzt, was darauf hindeutet, dass die tiefen Mantel dieser Planeten tatsächlich fest sein könnten.

Ein fester tiefer Mantel würde die Mechanismen der Konvektion innerhalb der Supererden beeinflussen und möglicherweise verändern, wie Wärme in ihrem Inneren verteilt wird.

Die Studie wurde mit fortschrittlichen Rechentechniken durchgeführt und unterstreicht die wachsende Rolle von Simulationen in der Planetenforschung. Zukünftige Experimente werden darauf abzielen, diese Ergebnisse durch direkte Labormessungen zu validieren, obwohl die Wiederherstellung der extremen Bedingungen von Super-Erden eine gewaltige Herausforderung bleibt.