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 probablemente se forme hielo negro, caliente y pesado, que es sólido y líquido al mismo tiempo, dentro de los gigantes gaseosos ricos en agua Urano y Neptuno.

Hace cinco años, los científicos recrearon por primera vez en experimentos de laboratorio este hielo exótico, llamado hielo superiónico; y hace cuatro años confirmaron su existencia y estructura cristalina.

Luego, el año pasado, investigadores de varias universidades de Estados Unidos y del laboratorio 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 tienen tales campos magnéticos desequilibrados con varios polos.

Desde nuestro entorno terrestre, se le perdonaría pensar que el agua es una molécula simple con 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 y, sin embargo, puede 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 mayores que las de la atmósfera de la Tierra y un interior tan caliente como la superficie del Sol, que es donde el agua se vuelve rara.

Los científicos confirmaron en 2019 lo que habían hecho los físicos. predicho en 1988: una estructura donde los átomos de oxígeno en el hielo superiónico están atrapados en una red cúbica sólida, mientras que los átomos de hidrógeno ionizados están sueltos y fluyen a través de esta red como electrones a través de los metales.

Esto le da al hielo superiónico sus propiedades conductoras. Eso también aumenta su punto de fusión para que el agua congelada permanezca sólida en temperaturas extremas.

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

Las sucesivas ondas de choque aumentaron la presión a 200 GPa (2 millones de atmósferas) y las temperaturas a aproximadamente 5.000 K (8.500 °F), más altas que las temperaturas de los experimentos de 2019, pero a presiones más bajas.

«Los recientes descubrimientos de exoplanetas ricos en agua, similares a Neptuno, requieren una comprensión más detallada del diagrama de fases de [water] bajo condiciones de presión y temperatura relevantes para sus interiores planetarios», Gleason y sus colegas explica en tu articuloEnero 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 en comparación con su predecesor de 2019, Ice XVIII.

La conductividad es importante aquí porque las partículas cargadas en movimiento generan campos magnéticos. Esta es la base teoría del dinamoque describe cómo los fluidos conductores agitados, como el manto de la Tierra o dentro de otro cuerpo celeste, dan lugar a campos magnéticos.

Si una mayor parte del interior de un gigante de hielo similar a Neptuno fuera absorbida por un sólido pastoso y menos por un líquido en remolino, entonces sería cambiar el tipo de campo magnético producido.

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

Gleason y colegas concluir El aumento de la 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, sería un resultado satisfactorio, más de 30 años después de que la sonda espacial Voyager II de la NASA, lanzada en 1977, sobrevolara ambos de nuestro Sistema Solar gigantes de hielo Es Medido de ellos campos magnéticos muy inusuales.

El estudio fue publicado en Informes Científicos.