El agua congelada en la oscuridad del espacio no parece comportarse de la manera que pensamos.
Un nuevo esfuerzo de investigación utilizando simulaciones y experimentos de computadora para explorar la forma más común que el agua toma en el universo ha encontrado que no es tan estructural como los científicos habían pensado. Más bien, los patrones repetidos, también conocidos como cristales, solo unos pocos nanómetros de ancho probablemente están integrados en un revoltijo de moléculas de otra manera congelada.
Dado que los científicos habían pensado que el espacio demasiado frío para que los cristales de hielo tuvieran la energía para formar, este descubrimiento es una gran sorpresa.
“Ahora tenemos una buena idea de cómo se ve la forma más común de hielo en el universo a nivel atómico”, dice el físico Michael Benedict Davies del University College London y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.
“Esto es importante ya que ICE está involucrado en muchos procesos cosmológicos, por ejemplo, en cómo se forman los planetas, cómo evolucionan las galaxias y cómo la materia se mueve alrededor del universo”.
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No se puede evitar: el agua es, a pesar de toda su necesidad para la vida en la tierra, cosas bastante extrañas. Él no se comporta como otros líquidosy los científicos han identificado al menos 20 o más fases distintas que se reúne bajo varias condiciones congeladas.
En términos generales, el hielo de agua cae en dos categorías distintas. El hielo cristalino es lo que tenemos aquí en la tierra, donde los átomos están dispuestos en un red cristalina ordenada. En el espacio, pensaron los científicos, el hielo debería ser amorfo: una aglomeración congelada de átomos todo agrupado en higgledy piggledy y de cualquier manera.
Sin embargo, algunos análisis Sugiera que al menos algunas formas de hielo amorfo pueden ser parcialmente cristalinos, por lo que Davies y sus colegas realizaron simulaciones y experimentos informáticos para investigar.
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– Serg.Korsakov (@SergkorSakov) 23 de mayo de 2022
Las simulaciones implicaron congelar contenedores virtuales de moléculas de agua a temperaturas alrededor de -120 grados Celsius (-184 grados Fahrenheit) a diferentes tasas. Las diferentes tasas de congelación producen sólidos en proporciones variables de hielo amorfo y cristalino, en el que parte del hielo está dispuesto en cuadrículas ordenadas, y otras no.
Estudios anteriores tienen Rayos X arrojados en hielo amorfo para discernir su estructura en la forma en que las vigas rebotan en el interior del material. Los resultados del equipo mostraron que la proporción que mejor coincide con estos experimentos fue de alrededor del 20 por ciento cristalino y 80 por ciento amorfo.
En sus experimentos, los investigadores crearon hielo amorfo de diferentes maneras. En el espacio, el agua no tiene forma líquida, sino que se congela directamente de vapor en superficies, como rocas. Para imitar este proceso, los investigadores depositaron vapor de agua en una superficie fría para congelarse.
También aplastaron hielo a temperaturas extremadamente frías para crear una forma de hielo amorfo de mayor densidad. Luego, los investigadores calentaron cada hielo hasta el punto en que tendría suficiente energía para formar cristales.
Se sabe que el hielo puede ‘Recuerda’ su estructura anterior; Específicamente, el orden en el que sus átomos de hidrógeno se han organizado mientras están en un estado cristalino. Ese orden puede ser retenido incluso a medida que cambian las condiciones.
Cuando los investigadores calentaron ambos ICE, encontraron diferencias en la estructura que indican que el hielo amorfo contiene cristales: si no fuera así, permanecería completamente amorfo.
Aunque estos experimentos se realizaron aquí en la Tierra, los resultados constituyen evidencia de que hielo en el espacio De hecho, pueden contener pequeñas regiones de cristalización, dicen los investigadores. Esto tiene implicaciones para comprender no solo el agua en el espacio, sino también los materiales amorfos en general.
“El hielo en la tierra es una curiosidad cosmológica debido a nuestras temperaturas cálidas. Puede ver su naturaleza ordenada en la simetría de un copo de nieve. El hielo en el resto del universo se ha considerado durante mucho tiempo una instantánea de agua líquida, es decir, una disposición desordenada fijada en su lugar. Nuestros hallazgos muestran que esto no es completamente cierto”, dice el químico físico Christoph Salzmann de University College London.
“Nuestros resultados también plantean preguntas sobre los materiales amorfos en general. Estos materiales tienen usos importantes en una tecnología muy avanzada. Por ejemplo, las fibras de vidrio que transportan datos largos distancias deben ser amorfas o desordenadas para su función. Si contienen pequeños cristales y podemos eliminarlos, esto mejorará su rendimiento”.
La investigación ha sido publicada en Revisión física B.