Planetas gigantes como Urano y Neptuno pueden contener mucho menos hidrógeno libre de lo que se suponía anteriormente, de acuerdo con experimentos realizados con plásticos en laboratorio.
Investigadores de la empresa alemana Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) condujeron ondas de choque a través de dos tipos diferentes de plástico para alcanzar las mismas temperaturas y presiones presentes en dichos planetas, y observaron el comportamiento utilizando pulsos de láser de rayos X ultra fuertes.
Inesperadamente, uno de estos plásticos mantuvo su estructura cristalina incluso a las presiones más extremas alcanzadas. Como el interior de los gigantes helados están compuestos de los mismos componentes que el plástico, los modelos planetarios pueden necesitar una reconsideración parcial, como se informó en la revista 'Scientific Reports'.
El carbono y el hidrógeno se encuentran entre los elementos más abundantes del universo y son un componente importante de planetas gigantes helados como Urano y Neptuno. En la atmósfera exterior, estos átomos se encuentran en forma de gas metano, pero más profundo dentro de la alta presión puede conducir a estructuras de hidrocarburos más complejas. Predecir las fases y estructuras que toma el material en estas condiciones es una de las grandes preguntas de la investigación planetaria.
Para comprender mejor la estructura de los gigantes de hielo, un equipo internacional liderado por dos investigadores del HZDR, Nicholas Hartley y Dominik Kraus, investigaron dos tipos de plástico en un experimento de laboratorio: poliestireno y polietileno. Estos materiales son similares en química al hidrocarburo dentro de los planetas. En el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en los Estados Unidos, los científicos expusieron las muestras a las condiciones que se prevé que estén presentes a unos diez mil kilómetros por debajo de la superficie de Neptuno y Urano. A esta profundidad, la presión es casi tan alta como en el núcleo de la tierra y dos millones de veces más alta que la presión atmosférica sobre la superficie de la tierra.
A presiones y temperaturas tan altas, la única estructura posible que los investigadores esperaban era el diamante, o que las muestras se fundirían. En cambio, observaron estructuras de hidrocarburos estables hasta las presiones más altas alcanzadas, pero solo para las muestras de polietileno. "Nos sorprendió mucho este resultado", dice Hartley. "No esperábamos que el estado inicial diferente hiciera una diferencia tan grande en condiciones tan extremas. Es solo recientemente, con el desarrollo de fuentes de rayos X más brillantes, que podemos estudiar estos materiales. Fuimos los primeros en pensar que podría ser posible, y así fue".
Dado que las condiciones extremas dentro de los gigantes de hielo en la Tierra solo se pueden alcanzar por un breve momento, los investigadores necesitan métodos de medición a la velocidad de los rayos. Hay solo unas pocas instalaciones de láser de rayos X ultrarrápidas en todo el mundo, y el tiempo para las mediciones es raro y muy exigente. Kraus y Hartley obtuvieron un total de tres turnos de doce horas para sus experimentos, por lo que tuvieron que usar cada minuto para realizar la mayor cantidad de ejecuciones posibles. El momento real en el que impactan la muestra y la sonda con el láser de rayos X toma solo unas pocas milmillonésimas de segundo.
Incluso durante los experimentos, los investigadores pudieron reconocer los resultados iniciales: "Estábamos muy emocionados porque, como se esperaba, el poliestireno formó estructuras de carbono similares al diamante. Sin embargo, para el polietileno no vimos diamantes por las condiciones alcanzadas en este experimento. En su lugar, había una nueva estructura que no podíamos explicar al principio ", recuerda Hartley. Al comparar los datos con los resultados previos a presiones más bajas, lo identificaron como una estructura estable de polietileno, que se había visto a una presión cinco veces menor, y solo a temperaturas ambiente.
El descubrimiento del equipo de investigación demuestra lo importante que es caracterizar mejor las condiciones de temperatura y presión dentro de los gigantes de hielo y la química a la que conducen, para comprender su estructura y propiedades físicas. Los modelos de Urano y Neptuno asumen que los campos magnéticos inusuales de estos planetas pueden originarse a partir del hidrógeno libre, lo que estos resultados podrían implicar que es menos común de lo esperado. En el futuro, los investigadores quieren usar mezclas que incluyan oxígeno, para que sus experimentos se ajusten mejor a la química dentro de los planetas.
