Un nuevo método teórico allana el camino para modelar el interior de los gigantes de hielo Urano y Neptuno, gracias a las simulaciones por ordenador sobre el agua que contienen. La herramienta, desarrollado por científicos de SISSA en Trieste y la Universidad de California en Los Ángeles y publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , permite analizar los procesos térmicos y eléctricos que ocurren en condiciones físicas que a menudo son imposibles de reproducir experimentalmente, con un enfoque mucho más sencillo y económico.

En esta investigación, los estudiosos han analizado la conducción de la electricidad y el calor del agua en condiciones extremas de temperatura y presión, como los que ocurren dentro de los planetas gigantes de hielo, así como en muchos exoplanetas fuera de ellos. Investigando los fenómenos que ocurren bajo su superficie, De hecho, es clave para comprender la evolución de estos cuerpos celestes, para establecer su edad, y arrojar luz sobre la geometría y evolución de sus campos magnéticos.

Escalas microscópicas para contar historias de miles de millones de años.

"El hidrógeno y el oxígeno son los elementos más comunes del Universo, junto con helio. Es fácil deducir que el agua es uno de los componentes principales de muchos cuerpos celestes. Ganimedes y Europa, satélites de Júpiter, y Encelado, satélite de Saturno, presentan superficies heladas debajo de las cuales se encuentran océanos de agua. Neptuno y Urano también probablemente estén compuestos principalmente de agua, "Federico Grasselli y Stefano Baroni, primer y último autor, explicar.

"Nuestro conocimiento de los interiores planetarios, "los eruditos dicen, "se basa en las características de la superficie y el campo magnético del planeta, que están ellos mismos influenciados por las características físicas de su estructura interna, como el transporte de energía, masa y carga a través de las capas intermedias internas. Es por eso que hemos desarrollado un método teórico y computacional para calcular la conductividad térmica y eléctrica del agua, en las fases y condiciones que ocurren en tales cuerpos celestes, partiendo de simulaciones de vanguardia sobre la dinámica microscópica de algunos cientos de átomos e incorporando la naturaleza cuántica de los electrones sin ninguna otra aproximación ad-hoc. Simulando la escala atómica para fracciones de nanosegundo, somos capaces de comprender lo que les ha sucedido a enormes masas en escalas de tiempo de miles de millones de años ".

Hielo, líquido o superiónico:un agua totalmente diferente

Los estudiosos analizaron tres fases diferentes del agua:hielo, líquido, y superiónico, bajo las condiciones extremas de temperatura y presión típicas de las capas internas de estos planetas. Grasselli y Baroni explican:"En condiciones físicas tan exóticas, no podemos pensar en el hielo como estamos acostumbrados. Incluso el agua es diferente más denso con varias moléculas disociadas en iones positivos y negativos, llevando así una carga eléctrica. El agua superiónica se encuentra en algún lugar entre las fases líquida y sólida:los átomos de oxígeno del H ₂ Las moléculas de O están organizadas en una red cristalina, mientras que los átomos de hidrógeno se difunden libremente como en un fluido cargado ”. El estudio de las corrientes térmicas y eléctricas generadas por el agua en estas tres formas diferentes es esencial para arrojar luz sobre muchos problemas sin resolver.

Transporte de calor y electricidad para comprender el pasado y el presente.

Los dos científicos también afirman que "las corrientes eléctricas internas están en la base del campo magnético del planeta. Si entendemos cómo fluyen las primeras, podemos aprender mucho más sobre este último ". Y no solo eso." Los coeficientes de transporte térmico y eléctrico dictan la historia del planeta, cómo y cuándo se formó, cómo se enfrió. Por tanto, es fundamental analizarlos con las herramientas adecuadas, como el que hemos desarrollado. En particular, las propiedades de conducción de calor que surgen de nuestro estudio nos permiten plantear la hipótesis de que la existencia de un núcleo congelado puede explicar la luminosidad anormalmente baja de Urano debido a un flujo de calor extremadamente bajo desde su interior hacia la superficie ".

Es más, la conductividad eléctrica encontrada para la fase superiónica es mucho mayor de lo que se suponía en modelos anteriores de generación de campos magnéticos en Urano y Neptuno. Dado que se cree que el agua superiónica domina las capas planetarias densas y lentas debajo de la región del fluido convectivo donde se genera su campo magnético, esta nueva evidencia podría tener un gran impacto en el estudio de la geometría y evolución de los campos magnéticos de los dos planetas.