Se ha descubierto una extraña forma de hielo que sólo se derrite a temperaturas extremadamente altas: ScienceAlert

Se ha descubierto una extraña forma de hielo que sólo se derrite a temperaturas extremadamente altas: ScienceAlert

Están sucediendo cosas extrañas dentro de los planetas, donde materiales familiares están sujetos a presión y calor extremos.

Es probable que los átomos de hierro estén bailando en el núcleo interno sólido de la Tierra, y es probable que se esté formando hielo pesado, negro y caliente (tanto sólido como líquido) dentro de los gigantes gaseosos ricos en agua Urano y Neptuno.

Hace cinco años, los científicos recrearon por primera vez este hielo exótico, llamado hielo superiónico, en experimentos de laboratorio; y hace cuatro años confirmaron su existencia y estructura cristalina.

El año pasado, investigadores de varias universidades estadounidenses y del laboratorio del Stanford Linear Accelerator Center 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 desplazados con varios polos.

Desde nuestro entorno terrestre, podríamos pensar en el agua como una simple molécula en forma de codo compuesta por un átomo de oxígeno unido a dos hidrógenos que se fijan en una posición fija cuando el agua se congela.

Hielo superiónico es extrañamente diferente y, sin embargo, tal vez sea uno de 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 2 millones de veces mayores que las de la atmósfera de la Tierra y un interior tan caliente como la superficie del Sol; ahí es donde el agua se vuelve extraña.

Los científicos confirmaron en 2019 lo que habían hecho 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 esta red como electrones a través de los metales.

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Esto le da al hielo superiónico sus propiedades conductoras. Esto también aumenta su punto de fusión para que el agua congelada permanezca sólida a temperaturas hirviendo.

En este último estudio, la física Arianna Gleason de la Universidad de Stanford y sus colegas bombardearon finas cintas de agua, intercaladas entre dos capas de diamante, con láseres ridículamente potentes.

Las sucesivas ondas de choque aumentaron la presión a 200 GPa (2 millones de atmósferas) y las temperaturas a 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] bajo condiciones de presión y temperatura relevantes para el interior de su planeta», Gleason y sus colegas explica en su artículoa partir de enero de 2022.

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La difracción de rayos X reveló entonces la estructura cristalina del hielo denso y caliente, aunque 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 recientemente 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 la mezcla de fluidos conductores, como el manto terrestre o el interior de otro cuerpo celeste, da lugar a campos magnéticos.

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Si el interior de un gigante de hielo parecido a Neptuno fuera absorbido más por un sólido pastoso y menos por un líquido arremolinado, entonces cambiar el tipo de campo magnético producido.

¿Y si hacia su núcleo este planeta tuviera dos capas superiónicas de diferente conductividad, como Gleason y sus colegas? sugerir Neptuno podría contenerlos, por lo que el campo magnético generado por la capa líquida exterior interactuaría de manera diferente con cada uno de ellos, haciendo las cosas aún más extrañas.

La estructura interior de Neptuno con dos capas de hielo superiónico sólido (Hielo XIX en azul; Hielo XVIII en verde) bajo una capa de líquido iónico que se cree que genera el campo magnético del planeta. (Gleason et al., Informes científicos2023)

Gleason y colegas concluir La conductividad mejorada de una capa de hielo superiónico similar al Hielo XIX favorecería la generación de campos magnéticos multipolares tambaleantes como los que emanan de Urano y Neptuno.

De ser así, sería un resultado satisfactorio más de 30 años después del sobrevuelo de la sonda espacial Voyager II de la NASA, lanzada en 1977. ambos de nuestro sistema solar gigantes de hielo Y medida su campos magnéticos muy inusuales.

El estudio fue publicado en Informes científicos.

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