Suceden cosas extrañas dentro de los planetas, donde materiales familiares están sujetos a presiones y calor extremos.
átomos de hierro probablemente baile dentro del núcleo interno sólido de la Tierra, y es probable que se forme hielo pesado, negro y caliente (que es sólido y líquido al mismo tiempo) dentro de los gigantes gaseosos ricos en agua. Urano y Neptuno.
Hace cinco años, los científicos recreó este hielo exótico, llamado hielo superiónico, por primera vez en experimentos de laboratorio; y hace cuatro años confirmado su existencia y estructura cristalina.
Luego, el año pasado, investigadores de varias universidades de Estados Unidos y del laboratorio del Centro del Acelerador Lineal de Stanford en California (SLAC) descubrieron una nueva fase de hielo superiónico.
Su descubrimiento profundiza nuestra comprensión de por qué Urano y Neptuno tienen tales campos magnéticos fuera de lugar con múltiples polos.
Desde nuestro entorno terrestre, se le perdonaría pensar que el agua es una molécula simple con forma de codo formada por un átomo de oxígeno unido a dos hidrógenos que se asientan en una posición fija cuando el agua se congela.
Hielo superiónico es extrañamente diferente y, sin embargo, puede estar entre los formas más abundantes de agua en el Universo, que se presume llena no sólo el interior de Urano y Neptuno, sino también exoplanetas similares.
Estos planetas tienen presiones extremas de 2 millones de veces la atmósfera de la Tierra y un interior tan caliente como la superficie del Sol, que es donde el agua se vuelve extraña.
Científicos confirmado en 2019 lo que tenían los físicos predicho en 1988: una estructura donde los átomos de oxígeno en el hielo superiónico están encerrados en una red cúbica sólida, mientras que los átomos de hidrógeno ionizados se sueltan y fluyen a través de esa red como electrones a través de los metales.
Esto le da al hielo superiónico sus propiedades conductoras. También aumenta su punto de fusión de modo que el agua congelada permanezca sólida a temperaturas vertiginosas.
En este último estudio, la física Arianna Gleason de la Universidad de Stanford y sus colegas bombardearon finas astillas de agua, intercaladas entre dos capas de diamante, con láseres ridículamente potentes.
Las sucesivas ondas de choque elevaron la presión a 200 GPa (2 millones de atmósferas) y las temperaturas hasta aproximadamente 5.000 K (8.500 °F), más altas que las temperaturas de los experimentos de 2019, pero a presiones más bajas.
“Los recientes descubrimientos de exoplanetas similares a Neptuno, ricos en agua, requieren una comprensión más detallada del diagrama de fases de [water] en condiciones de presión y temperatura relevantes para sus interiores planetarios”, Gleason y sus colegas explicar en su documentoa partir de enero de 2022.
La difracción de rayos X reveló entonces la estructura cristalina del hielo denso y caliente, a pesar de que las condiciones de presión y temperatura sólo se mantuvieron durante una fracción de segundo.
Los patrones de difracción resultantes confirmaron que los cristales de hielo eran, de hecho, una nueva fase distinta del hielo superiónico observado en 2019. El hielo superiónico recién descubierto, Ice XIX, tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y mayor conductividad en comparación con su predecesor de 2019, Ice XVIII.
La conductividad es importante aquí porque las partículas cargadas en movimiento generan campos magnéticos. Esta es la base de teoría del dinamoque describe cómo los fluidos conductores agitados, como el manto de la Tierra o el interior de otro cuerpo celeste, dan lugar a campos magnéticos.
Si una mayor parte del interior de un gigante de hielo parecido a Neptuno estuviera ocupado por un sólido blando y menos por un líquido arremolinado, entonces cambiar el tipo de campo magnético producido.
Y si hacia su núcleo ese planeta tuviera dos capas superiónicas de diferente conductividad, como Gleason y sus colegas sugerir Neptuno podría contener, entonces el campo magnético generado por la capa líquida exterior interactuaría con cada uno de ellos de manera diferente, haciendo las cosas aún más extrañas.
Gleason y colegas concluir La conductividad mejorada de una capa de hielo superiónico similar al Hielo XIX promovería la generación de campos magnéticos multipolares inestables como los que emanan de Urano y Neptuno.
De ser así, sería un resultado satisfactorio más de 30 años después de que la sonda espacial Voyager II de la NASA, lanzada en 1977, sobrevolara Los dos de nuestro Sistema Solar. gigantes de hielo y Medido su campos magnéticos muy inusuales.
El estudio fue publicado en Informes Científicos.