1 de diciembre de 2022

Lluvia de diamantes: el fenómeno astronómico en mundos lejanos

Las lluvias de diamantes en planetas gigantes de hielo podrían ser más comunes de lo que se creía.

Un nuevo estudio ha encontrado que la “lluvia de diamantes”, un tipo de precipitación exótica hipotética desde hace mucho tiempo en los planetas gigantes de hielo, podría ser más común de lo que se pensaba anteriormente.

En un experimento anterior, los investigadores imitaron las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en las profundidades de los gigantes de hielo Neptuno y Urano y, por primera vez, observaron la lluvia de diamantes mientras se formaba.

Al investigar este proceso en un nuevo material que se parece más a la composición química de Neptuno y Urano, los científicos del Departamento de Energía del Laboratorio Nacional de Aceleradores (SLAC) y sus colegas descubrieron que la presencia de oxígeno hace que la formación de diamantes sea más probable, lo que les permite formarse y crecer en una gama más amplia de condiciones y en más planetas.

El estudio proporciona una imagen más 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 fármacos, sensores médicos, cirugía no invasiva, fabricación sostenible y electrónica cuántica.

“El documento anterior fue la primera vez que vimos directamente la formación de diamantes a partir de cualquier mezcla”, dijo Siegfried Glenzer, director de la División de Alta Densidad de Energía en SLAC. “Desde entonces, ha habido bastantes experimentos con diferentes materiales puros. Pero dentro de los planetas, es mucho más complicado; hay muchos más productos químicos en la mezcla. Entonces, lo que queríamos averiguar era qué tipo de efecto tienen estos químicos adicionales”.

A partir de plástico

En experimentos anteriores, los investigadores estudiaron un material plástico hecho de una mezcla de hidrógeno y carbono, componentes clave de la composición química general de Neptuno y Urano. Pero además de carbono e hidrógeno, los gigantes de hielo contienen otros elementos, como grandes cantidades de oxígeno.

En el estudio reciente, los investigadores utilizaron plástico PET, a menudo utilizado en envases de alimentos, botellas y recipientes de plástico, para reproducir la composición de estos planetas con mayor precisión. “PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad en los planetas de hielo”, dijo Dominik Kraus, físico de HZDR y profesor de la Universidad de Rostock.

Los investigadores usaron un láser óptico de alta potencia en el instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) en la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC para crear ondas de choque en el PET. Luego, probaron lo que sucedió en el plástico con pulsos de rayos X de LCLS.

A partir de varias pruebas, los científicos descubrieron que, con la presencia de oxígeno en el material, los nanodiamantes podían crecer a presiones y temperaturas más bajas que las observadas anteriormente. “El efecto del oxígeno fue acelerar la división del carbono y el hidrógeno y así fomentar la formación de nanodiamantes”, dijo Kraus. “Significaba que los átomos de carbono podían combinarse más fácilmente y formar diamantes”.

A partir de los resultados, los investigadores predicen que los diamantes de Neptuno y Urano se volverían mucho más grandes que los nanodiamantes producidos en estos experimentos, quizás con millones de quilates de peso. Durante miles de años, los diamantes podrían hundirse lentamente a través de las capas de hielo de los planetas y ensamblarse en una gruesa capa de brillo alrededor del núcleo planetario sólido.

El equipo también encontró evidencia de que, en combinación con los diamantes, también podría formarse agua superiónica. Esta fase de agua descubierta recientemente, a menudo descrita como “hielo negro caliente”, existe a temperaturas y presiones extremadamente altas. En estas condiciones extremas, las moléculas de agua se rompen y los átomos de oxígeno forman una red cristalina en la que los núcleos de hidrógeno flotan libremente. Debido a que estos núcleos que flotan libremente están cargados eléctricamente, el agua superiónica puede conducir la corriente eléctrica y podría explicar los campos magnéticos inusuales en Urano y Neptuno.

Los hallazgos también podrían afectar nuestra comprensión de los planetas en galaxias distantes, ya que los científicos ahora creen que los gigantes de hielo son la forma más común de planeta fuera de nuestro sistema solar.

“Sabemos que el núcleo de la Tierra está hecho predominantemente de hierro, pero muchos experimentos aún están investigando cómo la presencia de elementos más livianos puede cambiar las condiciones de fusión y las transiciones de fase”, dijo la científica y colaboradora de SLAC, Silvia Pandolfi. “Nuestro experimento demuestra cómo estos elementos pueden cambiar las condiciones en las que se forman los diamantes en los gigantes de hielo. Si queremos modelar planetas con precisión, debemos acercarnos lo más posible a la composición real del interior planetario”.

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