Los planetas gigantes como Urano y Neptuno pueden contener mucho menos hidrógeno libre de lo que se suponía anteriormente. Investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) alemán impulsaron ondas de choque a través de dos tipos de plástico para alcanzar las mismas temperaturas y presiones presentes dentro de dichos planetas. y observó 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. Dado que los interiores gigantes helados están hechos de los mismos componentes que el plástico, Es posible que sea necesario reconsiderar parcialmente los modelos planetarios, como se informa en la revista Informes científicos .

El carbono y el hidrógeno se encuentran entre los elementos más abundantes del universo, y son componentes principales de planetas gigantes helados como Urano y Neptuno. En la atmósfera exterior estos átomos se encuentran en forma de gas metano, pero más profundo por dentro, la alta presión puede conducir a estructuras de hidrocarburos más complejas. Predecir las fases y estructuras que adopta el material en estas condiciones es una de las grandes cuestiones de la investigación planetaria.

Para comprender mejor la estructura de los gigantes de hielo, un equipo internacional dirigido por los dos investigadores del HZDR, Dr. Nicholas Hartley y Dr. Dominik Kraus, investigó 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 SLAC National Accelerator Laboratory en los EE. UU., los científicos expusieron las muestras a las condiciones previstas alrededor de 10, 000 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 2 millones de veces más alta que la presión atmosférica en la superficie terrestre.

Alcanzando presiones extremadamente altas

A presiones y temperaturas tan altas, la única estructura posible que esperaban los investigadores era el diamante, o que las muestras se derritieran. En lugar de, 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 gran diferencia 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 lo 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 ultrarrápidos. Solo hay un puñado de instalaciones de láser de rayos X ultrarrápidos en todo el mundo, y el tiempo para las mediciones es escaso y muy demandado. Kraus y Hartley recibieron un total de tres turnos de 12 horas por sus experimentos, por lo que tuvo que utilizar cada minuto para realizar tantas ejecuciones de medición como fuera posible. La descarga de la muestra y la sonda con el láser de rayos X lleva solo unas mil millonésimas de segundo.

Incluso durante los experimentos, los investigadores pudieron reconocer los resultados iniciales:"Estábamos muy emocionados porque, como se esperaba, poliestireno formado estructuras de carbono en forma de diamante. Para polietileno, sin embargo, no vimos diamantes para las condiciones alcanzadas en este experimento. En lugar de, había una nueva estructura que no pudimos explicar al principio, "Recuerda Hartley. Al comparar los datos con los resultados anteriores 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 temperatura ambiente.

El descubrimiento demuestra la importancia de 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 de hidrógeno libre, lo que estos resultados podrían implicar es menos común de lo esperado. En el futuro, los investigadores quieren utilizar mezclas que incluyan oxígeno para adaptarse mejor a la química dentro de los planetas.