En el corazón de los planetas se encuentran estados extremos:temperaturas de miles de grados, presiones un millón de veces mayor que la presión atmosférica. Por lo tanto, solo pueden explorarse directamente en una medida limitada, razón por la cual la comunidad de expertos está tratando de utilizar experimentos sofisticados para recrear condiciones extremas equivalentes. Un equipo de investigación internacional, incluido el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), ha adaptado un método de medición establecido a estas condiciones extremas y lo ha probado con éxito:Utilizando los destellos de luz del láser de rayos X más potente del mundo, el equipo logró examinarlo más de cerca. en el elemento importante, carbón, junto con sus propiedades químicas. Como se informó en la revista Física de Plasmas , el método ahora tiene el potencial de brindar nuevos conocimientos sobre el interior de los planetas tanto dentro como fuera de nuestro sistema solar.

El calor es inimaginable la presión es enorme:las condiciones en el interior de Júpiter o Saturno aseguran que la materia que se encuentra allí exhibe un estado inusual:es tan densa como un metal pero, al mismo tiempo, cargado eléctricamente como un plasma. "Nos referimos a este estado como materia densa cálida, "explica Dominik Kraus, físico en HZDR y profesor en la Universidad de Rostock. "Es un estado de transición entre el estado sólido y el plasma que se encuentra en el interior de los planetas, aunque puede ocurrir brevemente en la Tierra, también, por ejemplo, durante los impactos de meteoritos ". Examinar este estado de la materia con todo detalle en el laboratorio es un proceso complicado que implica, por ejemplo, disparar fuertes destellos láser a una muestra, y, por un abrir y cerrar de ojos, calentándolo y condensándolo.

Pero, ¿cómo son realmente las propiedades químicas de esta materia densa y cálida? Hasta ahora, Los métodos existentes solo han producido respuestas insatisfactorias a esta pregunta. Entonces, un equipo de seis países ideó algo nuevo, basado en el láser de rayos X más potente del mundo, el XFEL europeo en Hamburgo. En un acelerador de un kilómetro de largo, extremadamente corto, Se generan intensos pulsos de rayos X. "Dirigimos los pulsos a láminas de carbono delgadas, ", dice la autora principal Katja Voigt del Instituto de Física de la Radiación de HZDR." Estaban hechos de grafito o diamantes ". En las láminas, una pequeña proporción de los destellos de rayos X se dispersa sobre los electrones y su entorno inmediato. Lo crucial es que los destellos dispersos pueden revelar qué tipo de enlace químico se han formado los átomos de carbono con su entorno.

Después de las dudas, vino la sorpresa, conocida como dispersión Raman de rayos X, Los investigadores en campos como la ciencia de los materiales han estado utilizando este método durante bastante tiempo. Pero por primera vez el equipo que rodea a Voigt y Kraus ha logrado equiparlo para experimentos de sondeo de materia densa y cálida. "Algunos expertos dudaban de que pudiera funcionar, "Kraus explica. Los detectores, en particular, que tienen que capturar las señales de rayos X emitidas por las láminas de carbono, tienen que ser altamente eficientes y de alta resolución, un gran desafío técnico. Pero el análisis de los datos de medición mostró claramente en qué estados de enlace había entrado el carbono. "Nos sorprendió un poco que funcionara tan bien, "dice Voigt, obviamente complacido. Si aplicaran el método para calentar la materia densa, sin embargo, todavía faltaba algo:fuertes destellos láser que llevarían las láminas de carbono a altas presiones y temperaturas de hasta varios 100, 000 grados. Para este propósito, Entra en juego la línea de luz internacional Helmholtz para campos extremos (HIBEF), que se inauguró recientemente bajo los auspicios de HZDR en el XFEL europeo. Es una de las instalaciones de investigación más modernas del mundo con láseres de alto rendimiento que podrían realizar los primeros experimentos Raman de rayos X en unos pocos meses. "Soy muy optimista de que funcionará, "dice Dominik Kraus.

Choque de cometas en el laboratorio El método bien podría facilitar muchos conocimientos científicos diferentes:por un lado, No está claro cuántos elementos ligeros como el carbono o el silicio están presentes en el núcleo de la Tierra. Los experimentos de laboratorio podrían producir indicadores importantes. "El nuevo método no se limita al carbono, pero podría aplicarse a otros elementos ligeros, "Katja Voigt explica. Otra pregunta por explorar se refiere al interior de los llamados gigantes gaseosos como Júpiter y gigantes de hielo como Neptuno. Aquí, Se producirán reacciones químicas complejas, como sucederán en exoplanetas distantes de estatura similar. Debería ser factible recrear estos procesos en el laboratorio utilizando el método Raman de rayos X. "Quizás sea posible resolver el acertijo sobre qué reacciones son responsables de que planetas como Neptuno y Saturno emitan más energía de la que realmente deberían". "Kraus espera.

Además, este nuevo método debería permitir a los científicos simular choques de cometas en una escala en miniatura:si los cometas realmente transportaran materia orgánica a la Tierra una vez, ¿podría el choque haber desencadenado reacciones químicas que favorecieran el desarrollo de la vida? Y el método incluso tiene potencial para aplicaciones técnicas:en principio, parece posible que, en condiciones extremas, podrían formarse nuevos materiales que podrían exhibir propiedades fascinantes. Un ejemplo sería un superconductor que funciona a temperatura ambiente y no necesita un enfriamiento complicado como los materiales existentes. Un superconductor a temperatura ambiente de este tipo sería de gran interés tecnológico, ya que podría conducir la electricidad sin pérdidas sin tener que enfriarla con nitrógeno líquido o helio líquido.