Vea También
Los planetas gigantes de hielo, como Neptuno y Urano, son muy abundantes en nuestra galaxia. Sus interiores están compuestos principalmente por una densa mezcla fluida de agua, metano y amoníaco. Debido a las condiciones extremas, allí llueve diamante.
En un experimento anterior, los científicos simularon las severas temperaturas y presiones que se encuentran en las profundidades de los gigantes de hielo de Neptuno y Urano. Por primera vez, pudieron ver cómo se formaba la lluvia de diamantes.
Un nuevo estudio ha descubierto que la "lluvia de diamantes", un tipo de precipitación exótica que se ha supuesto durante mucho tiempo en los planetas gigantes de hielo, podría ser más común de lo que se pensaba. El estudio ofrece una imagen completa de cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas y, aquí en la Tierra, podría conducir a una nueva forma de fabricar nanodiamantes, que tienen una amplia gama de aplicaciones en la administración de medicamentos, sensores médicos, cirugía no invasiva, fabricación sostenible y electrónica cuántica.
Siegfried Glanzer, director de la División de Densidad de Alta Energía del SLAC, dijo: "El artículo anterior fue la primera vez que vimos directamente la formación de diamantes a partir de cualquier mezcla. Desde entonces, ha habido muchos experimentos con diferentes materiales puros. Pero en el interior de los planetas es mucho más complicado; hay muchas más sustancias químicas en la mezcla. Así que lo que queríamos averiguar aquí era qué tipo de efecto tienen estas sustancias químicas adicionales".
En un experimento anterior, los científicos observaron un material plástico compuesto por hidrógeno y carbono, dos elementos esenciales de la composición química general de Neptuno y Urano. Pero los gigantes de hielo también incluyen elementos adicionales, como cantidades significativas de oxígeno y carbono, y de hidrógeno.
En un experimento reciente, los científicos utilizaron plástico PET para reproducir con mayor precisión la composición de estos planetas.
Dominik Kraus, físico del HZDR y profesor de la Universidad de Rostock, dijo: "El PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad de los planetas de hielo".
Los científicos crearon ondas de choque en el PET utilizando un láser óptico de alta potencia en el instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) del Linac Coherent Light Source (LCLS) del SLAC. A continuación, exploraron lo que ocurría en el plástico con pulsos de rayos X del LCLS.
Posteriormente, los científicos utilizaron la difracción de rayos X para observar cómo los átomos del material se reorganizaban en pequeñas regiones de diamante. Al mismo tiempo, utilizaron otro método llamado dispersión de ángulo pequeño para medir la rapidez y el tamaño de esas regiones. Este método les ayudó a determinar que estas regiones de diamante crecían hasta unos pocos nanómetros de ancho. Descubrieron que los nanodiamantes podían desarrollarse a presiones y temperaturas más bajas que las observadas anteriormente cuando el oxígeno estaba presente en la sustancia.
Según Kraus, "el efecto del oxígeno era acelerar la división del carbono y el hidrógeno y favorecer así la formación de nanodiamantes. Significaba que los átomos de carbono podían combinarse más fácilmente y formar diamantes".
El equipo también descubrió la prueba de que el agua superiónica podría darse en combinación con los diamantes. Esta fase del agua recientemente identificada, a la que se suele denominar "hielo negro y caliente", puede encontrarse a presiones y temperaturas extraordinariamente altas.
Las moléculas de agua se rompen en estas condiciones severas y los átomos de oxígeno se organizan en una red cristalina en la que los núcleos de hidrógeno pueden moverse libremente. El agua superiónica puede conducir la corriente eléctrica debido a la carga eléctrica de estos núcleos que flotan libremente, lo que puede ayudar a explicar por qué Urano y Neptuno tienen campos magnéticos peculiares.
Los hallazgos también podrían influir en nuestra comprensión de los planetas en galaxias lejanas, ya que los científicos creen ahora que los gigantes de hielo son la forma más común de un planeta fuera de nuestro sistema solar.
 |
| En el experimento, se disparó con un láser a una fina lámina de plástico PET simple. Los fuertes destellos del láser que incidieron sobre la muestra de material similar a una lámina la calentaron brevemente hasta los 6.000 grados centígrados y generaron así una onda de choque que comprimió la materia a millones de veces la presión atmosférica durante unos pocos nanosegundos. Los científicos pudieron determinar que bajo esa presión extrema se formaron diminutos diamantes, los llamados nanodiamantes. Crédito: HZDR / Blaurock |
Silvia Pandolfi, científica y colaboradora del SLAC, declaró: "Sabemos que el núcleo de la Tierra está formado predominantemente por hierro, pero muchos experimentos siguen investigando cómo la presencia de elementos más ligeros puede cambiar las condiciones de fusión y las transiciones de fase. Nuestro experimento demuestra cómo estos elementos pueden cambiar las condiciones de formación de los diamantes en los gigantes de hielo. Si queremos modelar planetas con precisión, necesitamos acercarnos lo más posible a la composición real del interior planetario".
El estudio también apunta a una posible vía para fabricar nanodiamantes a partir de plásticos PET de bajo coste mediante la compresión de choque impulsada por láser. Estas diminutas gemas se utilizan actualmente en abrasivos y agentes de pulido. Sin embargo, en el futuro también podrían utilizarse en sensores cuánticos, agentes medicinales de contraste y aceleradores de reacciones de energía renovable.
El científico y colaborador del SLAC Benjamin Ofori-Okai dijo: "La forma en que se fabrican actualmente los nanodiamantes es tomando un montón de carbono o diamante y haciéndolo estallar con explosivos. Esto crea nanodiamantes de diversos tamaños y formas y es difícil de controlar".
"Lo que estamos viendo en este experimento es una reactividad diferente de las mismas especies bajo alta temperatura y presión. En algunos casos, los diamantes parecen formarse más rápido que en otros, lo que sugiere que la presencia de estas otras sustancias químicas puede acelerar este proceso". La producción por láser podría ofrecer un método más limpio y fácil de controlar para producir nanodiamantes. Si podemos diseñar formas de cambiar algunas cosas de la reactividad, podemos cambiar la rapidez con la que se forman y, por tanto, su tamaño".
Los científicos están planeando experimentos similares con muestras líquidas que contienen etanol, agua y amoníaco -de lo que están hechos principalmente Urano y Neptuno-, lo que les acercará a comprender exactamente cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas.
El científico y colaborador de SLAC Nicholas Hartley dijo: "El hecho de que podamos recrear estas condiciones extremas para ver cómo se desarrollan estos procesos en escalas muy rápidas y muy pequeñas es emocionante. La adición de oxígeno nos acerca más que nunca a ver la imagen completa de estos procesos planetarios, pero aún queda más trabajo por hacer. Es un paso para conseguir la mezcla más realista y ver cómo se comportan realmente estos materiales en otros planetas".
Fuentes, créditos y referencias: