Site pictogram Astroblogs

Exotisch type ijs transporteert wél voedingsstoffen op waterrijke exoplaneten

Artistieke impressie waterwereld LHS 1140b Credits; R.Hurt, IPAC/NASA,JPL-Caltech

Impressie van de waterwereld GJ 1214b

Water is een essentieel ingrediënt in de zoektocht naar buitenaards leven. Een team onderzoekers van het European Synchotron Radiation Facility, heeft recent aangetoond dat een hogedrukvorm van waterijs, ijs VII, in staat is zouten te transporteren vanuit de kern naar en van het oppervlak van waterrijke exoplaneten. Hoewel deze stroom van zouten niet de aanwezigheid garandeert dat er leven bestaat in de oceanen aldaar, vergroot het wel het aantal planetaire kandidaten voor potentiële bewoonbaarheid. Waterrijke planeten voorbij het zonnestelsel maken, zo heeft onderzoek gebaseerd op data van Gaia en TESS aangetoond, zo’n 35 procent deel uit van alle bekende exoplaneten, en zijn ook nog eens veel groter dan de Aarde, zie o.a. deze Astroblog. De omstandigheden op de bodem van deze oceanen zijn zo extreem dat het water voldoende dicht is om een  ​​hogedrukijs te vormen dat bekend staat als ‘ijs VII‘.

Voorbeelden van exoplaneten die bedekt worden door mondiale oceanen die honderden kilometers diep kunnen zijn, zijn TRAPPIST-1e, evenals GJ 1214b, Kepler-62e en Kepler-62f. Credits; NASA/JPL

Het onderzoek, o.l.v. Jean-Alexis Hernandez, en gepubliceerd in Nature Communications, heeft aangetoond dat, in het geval zo’n exoplaneet leven herbergt – leven zoals wij dat kennen – dit leven voorzien kan worden van zouten en vitale voedingsstoffen via transport door dit exotisch hogedrukijs.IJs VII‘ vervoert deze voedingsstoffen uit de gesmolten kernen van de exoplaneten van en naar het oppervlak. De moleculen van ijs VII zijn gerangschikt in een kubische kristallijne structuur en ontstaan bij een druk van meer dan 3 gigapascal (ong. 29.000 bar) en temperaturen tot 350 graden Celsius. Wetenschappers waren er eerder niet zeker van of zouten en andere voedingsstoffen van de rotsachtige kern van een planeet, door de ijs VII-mantel en in de vloeibare oceaan konden bewegen. ‘IJs VII’ kan zoutkristallen vasthouden, i.t.t. ‘normaal’ ijs dat zout verdrijft als het bevriest. Het onderzoek toonde met name aan dat ijs VII tot 2,5 % natriumchloride (’tafelzout’) kan bevatten. De aanwezigheid van zout verlaagt het smeltpunt van het ijs, De aanwezigheid van zout verlaagt het smeltpunt van het ijs, verzacht het en helpt thermische convectiestromen om het zoute ijs te laten stijgen. Hoofdonderzoeker Hernandez van het in Frankrijk gehuisveste ESRF, stelt: “Het transport van zout zou niet alleen van de bodem naar het oppervlak gaan, maar ook van het oppervlak naar de bodem. Heet ijs op de bodem van de mantel wordt zwaartekracht onstabiel daar het heter alsook minder dicht is dan het omringende ijs, waardoor het opstijgt. Er ontwikkelt zich een globale stroming en deze wordt in stand gehouden door het temperatuurverschil tussen de bovenkant en de onderkant van de mantel.” Deze stroom recyclet de voedingsstoffen en zouten die nodig zijn voor de biochemie. Hoewel hun aanwezigheid niet garandeert dat er leven bestaat in de oceanen van deze waterwerelden, vergroot het wel de kans dat dergelijke werelden bewoonbaar kunnen zijn.

Doorsnede Ganymedes Credits; NASA/JPL

De resultaten van dit onderzoek kunnen tevens nieuw inzicht brengen bij analoge oceaanwerelden in ons zonnestelsel, zoals enkele manen van Jupiter en Saturnus. Hoewel veel van deze manen te klein zijn om hogedrukijs te herbergen, zijn de grootste – Jupiter’s Callisto en Ganymedes, en Saturnus’ Titan – massief genoeg om een ​​ mantel van ijs VI te creëren, die zich vormt bij 1 GPa (10.000 bar). Hoewel ijs VI onoplosbaar is, zijn er reeds gehydrateerde zoutmineralen ontdekt aan het oppervlak van sommige van deze manen, vermoedelijk door opwelling vanuit de oceanen onder hun ijzige oppervlak. Wetenschappers zijn van mening dat deze bevinding erop wijst dat er enig zouttransport moet plaatsvinden. In het Jupiter-systeem hebben sommige van deze manen ook een geïnduceerd magnetisch veld dat afkomstig is van interacties tussen hun elektrisch geleidende zoute ondergrondse oceanen en het magnetische veld van de planeet. Hernández; “Zouten spelen nog steeds een belangrijke rol in deze hemelobjecten omdat ze faseovergangen  [d.w.z. de overgangsgebieden tussen gesteente, ijs en vloeistof] en de eigenschappen van water wijzigen, wat de dynamiek van de ijsschelp en oceanen op deze ijzige manen sterk beïnvloedt. Callisto, Ganymedes en Titan zijn daarom momenteel de beste plaatsen voor het testen van onze geofysische modellen die de doorlaatbaarheid van hogedrukijs beschrijven.” Toekomstige onderzoeken met o.a. de Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), en de Europa Clipper-missie, alsmede NASA’s Dragonfly missie naar Titan (lanceringen in resp. 2023, 2024 en 2026, en zie deze AB), zullen mogelijk, gecombineerd met bovenstaande bevindingen, een dieper inzicht bieden in de potentiële bewoonbaarheid van buitenaardse oceaanwerelden.  Bronnen; Space.com, ESA, NASA, Astroblogs/Titan, NASA’s exoplanetencatalogus
Mobiele versie afsluiten