Astronomía
13 de Septiembre del 2022 a las 01:25 AM
Prieto Payano
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Un nuevo estudio ha encontrado que la «lluvia de diamantes», podría ser más común de lo que se pensaba anteriormente.
En un experimento anterior, los investigadores simularon las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en las profundidades de los gigantes de hielo Neptuno y Urano, y observaron por primera vez lo que sucede cuando se forma una lluvia de diamantes.
Al estudiar un material que se parece aún más a la composición de los gigantes de hielo, los investigadores descubrieron que el oxígeno aumenta la formación de lluvia de diamantes. El equipo también encontró evidencia de que, en combinación con los diamantes, podría formarse una fase de agua descubierta recientemente, a menudo descrita como «hielo negro y caliente».
Los científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y sus colegas estudiaron este proceso en un nuevo material más cercano a la composición química de Neptuno y Urano, y descubrieron que la presencia de oxígeno hace que sea más probable que se formen diamantes. formar y crecer en una gama más amplia de condiciones y en más planetas.
El nuevo estudio muestra más completamente cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas y en la Tierra, y podría conducir a una nueva forma de fabricar nanodiamantes, que tienen una amplia gama de aplicaciones en la administración de fármacos, sensores médicos, cirugía y más. Fabricación sostenible intrusiva y electrónica cuántica.
“El documento anterior es la primera vez que hemos visto directamente una mezcla que forma un diamante”, dijo Siegfried Glenzer, director de la División de Alta Densidad de Energía de SLAC. “Desde entonces, ha habido muchos experimentos con diferentes materiales puros. Pero dentro de los planetas, las cosas son más complicadas. Mucho más. Hay más productos químicos en la mezcla. Así que queríamos averiguar aquí qué tipo de efecto tienen estos productos químicos adicionales”.
El equipo, dirigido por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y la Universidad de Rostock en Alemania, así como por la École Polytechnique de Francia en colaboración con SLAC, publicó hoy los resultados en Science Advances.
Comenzando con plástico
En los experimentos descritos anteriormente, los investigadores estudiaron un material plástico hecho de una mezcla de hidrógeno y carbono, componentes clave de la composición química general de Neptuno y Urano. Pero además de carbono e hidrógeno, los gigantes de hielo también contienen otros elementos, como grandes cantidades de oxígeno.
En el experimento más reciente, los investigadores utilizaron plástico PET, a menudo utilizado en envases de alimentos, botellas y recipientes de plástico, para reproducir la composición de estos planetas con mayor precisión.
En el experimento, se disparó con un láser una lámina delgada de plástico PET simple. Los fuertes destellos de láser que golpearon la muestra de material similar a una lámina la calentaron brevemente hasta 6000 grados centígrados y, por lo tanto, generaron una onda de choque que comprimió la materia a millones de veces la presión atmosférica durante unos pocos nanosegundos. Los científicos pudieron determinar que pequeños diamantes, los llamados nanodiamantes, se formaron bajo la presión extrema.
«PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad en los planetas de hielo», dijo Dominik Kraus, físico de HZDR y profesor de la Universidad de Rostock.
El oxígeno es el mejor amigo de un diamante.
Los investigadores utilizaron un láser óptico de alta potencia en el instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) en la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC para crear ondas de choque en el PET. Luego, probaron lo que sucedió en el plástico con pulsos de rayos X de LCLS.
Utilizando un método llamado difracción de rayos X, observaron cómo los átomos del material se reorganizaban en diminutas regiones parecidas a diamantes. Al mismo tiempo, utilizaron otro método llamado dispersión de ángulo pequeño, que no se utilizó en el primer artículo, para medir la tasa de crecimiento y el tamaño de estas regiones. Usando este método adicional, pudieron determinar que estas regiones de diamantes tenían varios nanómetros de largo. Descubrieron que los nanodiamantes podían crecer a presiones y temperaturas más bajas que las observadas anteriormente, gracias a la presencia de oxígeno en el material.
“El papel del oxígeno es acelerar la división del carbono y el hidrógeno, promoviendo así la formación de nanodiamantes”, dijo Krauss. “Esto significa que los átomos de carbono pueden combinarse más fácilmente y formar diamantes“.
Planetas helados
Los investigadores predicen que los diamantes de Neptuno y Urano serán mucho más grandes que los nanodiamantes producidos en estos experimentos, posiblemente con un peso de millones de quilates. Durante miles de años, los diamantes pueden hundirse lentamente en la capa de hielo de un planeta y acumularse en una gruesa capa de destellos alrededor de un núcleo planetario sólido.
El equipo también encontró evidencia de que, en combinación con el diamante, también se puede formar agua superiónica. Esta fase de agua recientemente descubierta, comúnmente conocida como “hielo negro caliente“, existe a temperaturas y presiones extremadamente altas. Bajo estas condiciones extremas, las moléculas de agua se dividen y los átomos de oxígeno forman una red en la que los núcleos de hidrógeno flotan libremente. Debido a que estos núcleos que flotan libremente están cargados eléctricamente, el agua superiónica puede conducir la corriente eléctrica y podría explicar los campos magnéticos inusuales en Urano y Neptuno.
Los hallazgos también podrían afectar nuestra comprensión de los planetas en galaxias distantes, ya que los científicos ahora creen que los gigantes de hielo son la forma más común de planetas fuera de nuestro sistema solar.
“Sabemos que el núcleo de la Tierra está hecho principalmente de hierro, pero muchos experimentos aún están investigando cómo la presencia de elementos más ligeros altera las condiciones de fusión y las transiciones de fase”, dijo la científica y colaboradora de SLAC, Silvia Pandolfi. “Nuestros experimentos muestran cómo estos elementos pueden cambiar las condiciones bajo las cuales se forman los diamantes en los gigantes de hielo. Si queremos modelar planetas con precisión, debemos acercarnos lo más posible a la composición real del interior del planeta”.
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