Una capa de hielo «caliente» eléctricamente conductor podría ser responsable de generar los campos magnéticos de planetas gigantes de hielo como Urano y Neptuno.
Un nuevo trabajo de Carnegie y el Centro de Fuentes de Radiación Avanzadas de la Universidad de Chicago revela las condiciones bajo las cuales se forman dos de estos hielos superiónicos. Sus hallazgos se publican en Nature Physics.
Las moléculas de agua están formadas por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, el H2O. A medida que cambian las condiciones en las que existe el agua, la organización y las propiedades de estas moléculas se ven afectadas.
Las moléculas que componen el hielo ordinario que puede encontrar en su vaso o en su camino de entrada en invierno están dispuestas en una red cristalina unida por enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno y oxígeno. Los enlaces de hidrógeno son muy versátiles. Esto significa que el hielo puede existir en una sorprendente diversidad de estructuras diferentes (al menos 18 formas conocidas) que surgen en condiciones ambientales cada vez más extremas.
De particular interés es el llamado hielo superiónico, formado a presiones y temperaturas muy altas, en el que los enlaces tradicionales de las moléculas de agua se desplazan, lo que permite que las moléculas de hidrógeno floten libremente en una red de oxígeno. Esta movilidad hace que el hielo sea capaz de conducir electricidad casi tan bien como un material metálico.
Las observaciones de hielo superiónico caliente creado en el laboratorio han llevado a resultados contradictorios y ha habido un gran desacuerdo sobre las condiciones exactas bajo las cuales emergen las nuevas propiedades.
«Entonces, nuestro equipo de investigación, dirigido por Vitali Prakapenka de la Universidad de Chicago, se propuso utilizar múltiples herramientas espectroscópicas para mapear los cambios en la estructura y las propiedades del hielo en condiciones que van hasta 1,5 millones de veces la presión atmosférica normal y alrededor de 11.200 grados Fahrenheit (6.200 grados Celsius)», explicó en un comunicado Alexander Goncharov, de Carnegie.
Al hacer esto, los científicos pudieron identificar el surgimiento de dos formas de hielo superiónico, una de las cuales sugieren que podría encontrarse en el interior de los planetas gigantes de hielo Urano y Neptuno.
«Con el fin de sondear la estructura de este estado único de la materia en condiciones muy extremas, calentado por un láser y comprimido entre dos diamantes, utilizamos el brillante haz de rayos X de sincrotrón de alta energía de Advanced Photon Source, que se enfocó hasta aproximadamente 3 micrómetros, 30 veces más pequeño que un solo cabello humano «, dijo Prakapenka, al explicar el trabajo realizado utilizando la línea de luz GSECARS de la instalación. «Estos experimentos son tan desafiantes que tuvimos que ejecutar algunos miles de ellos durante una década para obtener suficientes datos de alta calidad para resolver el antiguo misterio del comportamiento del hielo a alta presión y alta temperatura en condiciones relevantes para el interior de un planeta gigante».
«Las simulaciones han indicado que los campos magnéticos de estos dos planetas se generan en capas delgadas y fluidas que se encuentran a profundidades relativamente poco profundas», agregó Goncharov. «La conductividad del hielo superiónico podría lograr este tipo de generación de campo y una de las dos estructuras que revelamos podría existir en las condiciones que se encuentran en estas zonas generadoras de campos magnéticos».
Se necesitan más estudios para comprender las propiedades conductoras y la viscosidad de estas fases de hielo en condiciones de interior de gigantes de hielo.
