La imagen más extendida sobre las súper Tierras —los exoplanetas rocosos con una masa entre una y diez veces superior a la de nuestro planeta— ha estado marcada por la idea de que sus enormes interiores albergarían extensos océanos de roca parcialmente fundida. Sin embargo, un nuevo estudio publicado en la revista AGU Advances plantea un escenario muy diferente: los mantos profundos de estos gigantes rocosos podrían ser completamente sólidos incluso bajo temperaturas extraordinariamente elevadas.
La investigación no solo modifica la comprensión de la estructura interna de algunos de los exoplanetas más abundantes descubiertos hasta ahora, sino que también afecta a cuestiones fundamentales de la geología planetaria, como la circulación del calor, la actividad interna o incluso la existencia de campos magnéticos capaces de proteger una atmósfera.
El trabajo se centra en un compuesto aparentemente modesto, pero esencial para la arquitectura de cualquier planeta rocoso: el ortosilicato de magnesio (Mg?SiO?). Este mineral constituye uno de los principales componentes de los mantos planetarios. En la Tierra, conforme aumenta la presión con la profundidad, su estructura cristalina cambia sucesivamente hasta transformarse en otros minerales muy conocidos por los geólogos, como la bridgmanita, considerada el mineral más abundante del interior terrestre.
Sin embargo, las presiones que existen dentro de una súper-Tierra son muy superiores a las de nuestro planeta. En esos entornos extremos aparece una fase mineral completamente distinta denominada post-post-espinela, una estructura cristalina cuya existencia había sido predicha teóricamente, pero cuyo comportamiento seguía siendo prácticamente desconocido; precisamente ahí radica el interés del nuevo estudio.Recrear el interior de una súper-Tierra es prácticamente imposible debido a un problema evidente para los investigadores: las presiones existentes a miles de kilómetros bajo su superficie pueden superar los 1.300 gigapascales, valores muy por encima de los que pueden reproducirse de forma estable en laboratorios convencionales. Por ello, el equipo recurrió a simulaciones computacionales de alta precisión mediante un método denominado integración termodinámica, el cual es capaz de calcular el comportamiento del mineral bajo estas condiciones extremas.
El objetivo consistía en determinar una cuestión esencial: a qué temperatura comienza realmente a fundirse esta fase mineral.
Un mineral extraordinariamente resistente al calor
Los cálculos muestran que la fase post-post-espinela posee una resistencia térmica muy superior a la prevista. Dependiendo de la presión existente, el mineral permanece sólido hasta temperaturas comprendidas entre los 9.780 y casi 14.900 Kelvin, cifras extraordinariamente elevadas incluso para el interior de los mayores planetas rocosos conocidos. Estas temperaturas superan ampliamente los puntos de fusión de otros minerales presentes en el manto terrestre, como la bridgmanita y la post-perovskita —que domina la región situada junto al núcleo de nuestro planeta—, lo que significa que, incluso bajo un calor extremo, este mineral continúa manteniendo una estructura sólida.Ni siquiera la presencia de hierro cambia sustancialmente el resultado. Al respecto, los investigadores fueron un paso más allá y, dado que prácticamente todos los planetas rocosos contienen hierro en diferentes proporciones, el estudio incorporó este elemento a las simulaciones para comprobar si modificaba significativamente la estabilidad del mineral.
Aunque el hierro reduce ligeramente la temperatura necesaria para fundir el material, el punto de fusión sigue siendo muy superior a las temperaturas estimadas para el interior de la mayoría de las súper Tierras. Esto implica que grandes regiones de estos planetas probablemente permanezcan completamente sólidas durante miles de millones de años.
Durante décadas se asumió que cuanto mayor fuera un planeta rocoso, mayor sería también la probabilidad de que su interior permaneciera parcialmente fundido debido al enorme calor generado durante su formación y por la desintegración de elementos radiactivos.
El nuevo estudio introduce un matiz decisivo: no basta con disponer de temperaturas extremadamente altas, sino que también debe considerarse el efecto de unas presiones colosales capaces de modificar profundamente el comportamiento físico de los minerales. Lejos de favorecer la fusión, estas presiones pueden estabilizar nuevas estructuras cristalinas mucho más resistentes al calor; como consecuencia, el interior profundo de muchas súper-Tierras podría parecerse más a un gigantesco bloque sólido que a un océano de roca líquida.
Qué consecuencias tendría un manto completamente sólido
Este hallazgo tiene implicaciones que van mucho más allá de la mineralogía, siendo el transporte interno del calor uno de los aspectos más importantes. En la Tierra, el manto se comporta como un sólido extremadamente viscoso que fluye lentamente durante millones de años mediante corrientes de convección; un movimiento continuo que alimenta la tectónica de placas, el vulcanismo y buena parte de la evolución geológica de nuestro planeta.El hecho de que las capas más profundas de las súper-Tierras sean totalmente sólidas sugiere que los flujos convectivos podrían ralentizarse drásticamente o diferir por completo de los modelos vigentes, forzando una revisión estructural de las teorías sobre su evolución planetaria. Más allá del plano geológico, esta solidez interior altera directamente las hipótesis sobre la dinámica de sus campos magnéticos, un factor crítico y uno de los mayores misterios en el estudio de la habitabilidad de exoplanetas.
Los campos magnéticos planetarios se originan normalmente por el movimiento de metales líquidos en el núcleo. Sin embargo, la forma en que el calor atraviesa el manto condiciona directamente ese proceso. Si el manto profundo transporta menos calor debido a su elevada rigidez, el comportamiento del núcleo podría cambiar de forma significativa.
No significa necesariamente que una súper Tierra carezca de campo magnético, pero sí que su intensidad, estabilidad o duración podrían diferir considerablemente de las observadas en la Tierra.
Actualmente se han identificado miles de exoplanetas y una parte importante pertenece precisamente a la categoría de las súper-Tierras; sin embargo, aunque los telescopios permiten conocer su tamaño, masa u órbita, el estudio de su estructura interna continúa siendo uno de los mayores desafíos de la ciencia planetaria. @mundiario