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Neptuno y Urano, los dos planetas principales más distantes del Sistema Solar, son también los más inexplorados. Treinta años después, el Voyager 2 sigue siendo la única misión espacial que se ha acercado a ellos, pero un nuevo experimento proporciona una importante visión de su física.

Ahora hay nueva evidencia que prueba la existencia de «lluvias de diamantes» en Neptuno y Urano, según un nuevo estudio publicado en Nature Communications.

Los científicos han sospechado durante décadas que literalmente están lloviendo gemas en los océanos de metano de los dos planetas lejanos.

Aunque Neptuno y Urano son llamados gigantes de hielo, «hielo» aquí se refiere a un fluido caliente de materiales como agua, amoníaco y metano, sobre un núcleo rocoso del tamaño de la Tierra y debajo de gases más ligeros como el hidrógeno y el helio.

La teoría de larga data dice que el carbono, el único componente de los diamantes, que se mezcla con los gases de Neptuno y Urano, es expulsado de la atmósfera a temperaturas súper calientes y bajo una inmensa presión.

Se cree que este proceso crea lluvias de diamantes en cascada justo encima de los núcleos de los planetas. La reacción extrema fue simulada por primera vez en un laboratorio alemán en 2017. Los científicos calentaron rápidamente el poliestireno, un sustituto del metano, con láseres ópticos de alta potencia para replicar las condiciones a unos 8.000 kilómetros por debajo de la superficie de Neptuno y Urano. Aquí es donde creen que la temperatura y la presión son las adecuadas para que se formen los diamantes.

En experimentos anteriores, usaron la difracción de rayos X para estudiar la reacción. La técnica puede revelar muestras de cristal pero funciona peor con estructuras no cristalinas donde las moléculas y los átomos se localizan de forma más aleatoria.

Ahora, los científicos han usado los rayos X para examinar cómo la luz fue dispersada por los electrones. Este proceso les permitió analizar toda la estructura de la materia durante la reacción.

«En el caso de los gigantes de hielo sabemos ahora que el carbono forma casi exclusivamente diamantes cuando se separa y no toma una forma de transición fluida», explicó en un comunicado de prensa el Dr. Dominik Kraus, jefe de estudio del laboratorio de investigación Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.


El nuevo experimento utilizó el láser de rayos X en el Laboratorio Nacional de Aceleradores de Stanford de la Fuente de Luz Coherente Linac. «Producimos alrededor de 1,5 millones de barras, que es equivalente a la presión ejercida por el peso de unos 250 elefantes africanos en la superficie de una uña del pulgar», dijo Kraus.

Su equipo descubrió que el hidrocarburo se divide en carbono e hidrógeno a alta presión, y los átomos de carbono se transforman directamente en diamante cristalino.

Los diamantes se hunden entonces lentamente hasta el núcleo del planeta porque son más pesados que la materia circundante. En el proceso, dijo Kraus, se frotan contra la materia y producen calor, lo que es un factor importante para los modelos de planetas.

«Ahora tenemos un nuevo y prometedor enfoque basado en la dispersión de rayos X. Nuestros experimentos están entregando importantes parámetros de modelos donde, antes, sólo teníamos una gran incertidumbre. Esto será más relevante cuanto más exoplanetas descubramos», dijo el científico.
Se espera que la comprensión de los procesos en los gigantes de hielo impulse la búsqueda de planetas que puedan sostener la vida y ayudar a los humanos a entender mejor el Sistema Solar.

Los planetas del tamaño de Neptuno y Urano son extremadamente comunes en nuestra galaxia: se estima que su número es alrededor de nueve veces mayor que el número de planetas más grandes similares en tamaño a los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno.

«Nuestros experimentos están entregando importantes parámetros de modelos donde, antes, sólo teníamos una gran incertidumbre», dijo Kraus. «Esto será cada vez más relevante cuanto más exoplanetas descubramos».

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