Descubren una extraña forma de hielo que solo se derrite a temperaturas extremadamente altas: ScienceAlert

Descubren una extraña forma de hielo que solo se derrite a temperaturas extremadamente altas: ScienceAlert

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

Es probable que los átomos de hierro bailen dentro del sólido núcleo interno de la Tierra, y es probable que se forme hielo negro, caliente y pesado, que es a la vez sólido y 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.

Luego, el año pasado, investigadores de varias universidades estadounidenses y 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 los tienen campos magnéticos fuera de control con múltiples polos.

Desde nuestro entorno terrestre, se podría pensar que el agua es una simple molécula en 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, pero podría estar entre los formas más abundantes de agua en el Universo, que se supone que llena no sólo el interior de Urano y Neptuno, sino también exoplanetas similares.

Estos planetas tienen presiones extremas 2 millones de veces superiores a la atmósfera de la Tierra y sus interiores son tan calientes como la superficie del Sol, que es donde el agua se vuelve rara.

Los científicos confirmaron en 2019 lo que habían hecho los físicos. planeado ya en 1988: una estructura en la que los átomos de oxígeno en el hielo superiónico están encerrados en una red cúbica sólida, mientras que los átomos de hidrógeno ionizados quedan libres y fluyen a través de esa red como electrones a través de los metales.

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Esto le da al hielo superiónico sus propiedades conductoras. También aumenta su punto de fusión de tal manera que el agua congelada permanece sólida a temperaturas de ebullición.

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

Las ondas de choque posteriores elevaron las presiones a 200 GPa (2 millones de atmósferas) y las temperaturas a alrededor de 5000 K (8500 °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 del planeta”, Gleason y sus colegas lo explican en su articuloa 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 se mantuvieron sólo 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 que 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 agitación de fluidos conductores, como el manto de la Tierra o dentro de otro cuerpo celeste, da lugar a campos magnéticos.

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Si las entrañas de un gigante de hielo parecido a Neptuno fueran absorbidas por un sólido blando y menos por un líquido arremolinado, entonces cambiar el tipo de campo magnético producido.

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

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

Gleason y colegas para concluir la mayor conductividad 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, se trataría de un resultado satisfactorio más de 30 años después del paso de la sonda espacial Voyager II de la NASA, lanzada en 1977. los dos de nuestro sistema solar gigantes de hielo Y Medido Ellos campos magnéticos muy inusuales.

El estudio fue publicado en Informes científicos.

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