Podrían llover diamantes en más de 1.900 exoplanetas de nuestra galaxia
Un nuevo experimento sugiere que esta exótica precipitación se forma a presiones y temperaturas aún más bajas de lo que se pensaba, y podría influir en los inusuales campos magnéticos de Neptuno y Urano.
Por el SLAC
Imagen conceptual generada por DALL-E 2 de Microsoft Bing.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, del Departamento de Energía estadounidense, ha obtenido nuevos datos sobre la formación de diamantes en planetas helados del tipo de Neptuno y Urano. Los científicos creen que, tras su formación, estos diamantes se hunden lentamente en el interior planetario en respuesta a las fuerzas gravitatorias, lo que daría lugar a una lluvia de piedras preciosas procedentes de capas superiores.
Los resultados de la investigación, que han sido publicados en la revista Nature Astronomy, sugieren que esta lluvia de diamantes se forma a presiones y temperaturas aún más bajas de lo que se pensaba, y proporcionan pistas sobre el origen de los complejos campos magnéticos de Neptuno y Urano.
"La lluvia de diamantes en planetas helados nos plantea un intrigante rompecabezas por resolver", afirma Mungo Frost, científico del SLAC que dirigió la investigación. "Proporciona –continúa– una fuente interna de calentamiento y transporta carbono más profundamente en el planeta, lo que podría tener un impacto significativo en sus propiedades y composición. Podría desencadenar movimientos dentro de los hielos conductores que se encuentran en estos planetas, y esto influiría en la generación de sus campos magnéticos."
Escalas de tiempo más largas.
En trabajos anteriores realizados en el láser de electrones libres de rayos X (XFEL), del LCLS (Linac Coherent Light Source o Fuente de Luz Coherente de Linac) del SLAC, los científicos pudieron observar la lluvia de diamantes mientras se formaban en condiciones de alta presión. Esto confirmó la posibilidad de que se creen diamantes en planetas helados, que están compuestos principalmente de agua, amoníaco e hidrocarburos. Posteriormente descubrieron que la presencia de oxígeno hace más probable la formación de diamantes, lo que permite que estos se formen y crezcan en una gama más amplia de condiciones y en más planetas.
Imagen conceptual generada por LimeWire.
Anteriormente, las altas presiones y temperaturas se generaban comprimiendo por choque los hidrocarburos con láseres de alta potencia, lo que solo permitía mantener las condiciones durante unos pocos nanosegundos. En este nuevo experimento, realizado en el láser de rayos X de electrones libres de Alemania, el equipo estudió la reacción en escalas de tiempo mucho más largas que en otros experimentos realizados con un enfoque diferente.
En este experimento, los investigadores sometieron una película de plástico, fabricada con el compuesto de hidrocarburo poliestireno como fuente de carbono, a las presiones y temperaturas extremas que se encuentran en las profundidades del interior de estos planetas helados. Las altas presiones se generaron apretando la película entre las puntas de dos diamantes mediante una “célula de yunque de diamante" en la que los yunques funcionan como un pequeño tornillo de banco capaz de mantener la presión casi de forma indefinida.
A continuación, la película se expuso a múltiples dosis de rayos X de alta energía generados por el XFEL europeo para calentarla a más de 2.200 grados centígrados, imitando las condiciones extremas que se dan en las profundidades de estos planetas. En estas condiciones extremas, se formaron diamantes a partir de la película, un proceso que tiene lugar del mismo modo que en el interior de los planetas.
Más tarde, los investigadores utilizaron pulsos de rayos X producidos por el XFEL europeo para observar cuándo y cómo se formaban los diamantes durante sus experimentos. La presión y la temperatura a las que se observaron estas piedras preciosas permitieron a los investigadores predecir la profundidad a la que cabría esperar que se formaran en el interior del planeta.
Misterios del campo magnético.
Al estudiar los hidrocarburos calentados en escalas de tiempo más largas, los investigadores descubrieron que la formación de diamantes se produce a presiones y temperaturas aún más bajas de lo que se suponía. En el caso de Urano y Neptuno, esto significa que la lluvia de diamantes puede formarse a menor profundidad de lo que se pensaba inicialmente y podría tener una mayor influencia en la formación de sus inusuales campos magnéticos.
Imagen conceptual generada por DALL-E 2 de Microsoft Bing.
A diferencia del campo magnético de la Tierra, los campos alrededor de estos planetas helados no son simétricos y no se extienden desde cada polo. Estas propiedades sugieren que los campos no se generan en el núcleo planetario, sino en una fina capa de material conductor.
Tras su formación, las partículas de diamante pueden arrastrar consigo gas y hielo, al descender desde las capas externas a las internas del planeta, lo que provoca corrientes de hielo. Los nuevos resultados muestran que los diamantes se forman sobre una capa de hielo conductor, que los diamantes agitan al caer. Las corrientes resultantes actúan como una especie de dinamo que impulsa los campos magnéticos de los planetas.
Los resultados también sugieren que la lluvia de diamantes sería posible en planetas gaseosos más pequeños que Neptuno y Urano –los llamados miniNeptunos–, uno de los tipos más comunes de exoplanetas encontrados fuera del Sistema Solar.
Los investigadores están planeando experimentos similares que les acercarán aún más a la comprensión exacta de cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas y cómo influye en sus propiedades.
"Este descubrimiento revolucionario no solo profundiza en nuestro conocimiento sobre nuestros planetas helados locales, sino que también tiene implicaciones para la comprensión de procesos similares en exoplanetas más allá de nuestro sistema solar", comenta Siegfried Glenzer, director de Alta Densidad de Energía del SLAC.
Los resultados de esta nueva investigación podría significar que la lluvia de diamantes es posible en planetas más pequeños de lo que pensábamos. De los aproximadamente 5.600 exoplanetas confirmados, los investigadores calcularon que más de 1.900 podrían tener lluvia de diamantes, podemos leer en la revista New Scientist.
Información facilitada por el SLAC National Accelerator Laboratory -Traducción: RexMolón Producciones
Fuente: Frost, M., McWilliams, R.S., Bykova, E. et al. Diamond precipitation dynamics from hydrocarbons at icy planet interior conditions. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-02147-x
