Llueven diamantes en Neptuno

Un equipo de investigadores ha logrado crear nano-diamantes simulando las condiciones químicas de los gigantes gaseosos. Podrían tener aplicaciones técnicas.

Diamantes de Neptuno

Un equipo de investigadores de Alemania y Estados Unidos ha logrado demostrar que se forman "lluvias de diamantes" en los gigantes de hielo de nuestro sistema solar. El equipo ha conseguido simular las condiciones dentro de los gigantes cósmicos, y por primera vez, observar en tiempo real la fisión del hidrocarburo, lo que provoca que el carbono se convierta en pedazos de diamante.

El interior de planetas como Neptuno o Urano se compone de un núcleo sólido envuelto en capas gruesas de una especie de hielo, que está compuesto principalmente de hidrocarburos, agua y amoníaco. Durante mucho tiempo, los astrofísicos han estado especulando acerca de que la presión extrema de más de 10.000 kilómetros bajo la superficie de estos planetas divide los hidrocarburos causando la formación de diamantes, que luego se hunden más profundamente en el interior del planeta. "Hasta ahora, nadie ha sido capaz de observar directamente esta lluvia de diamantes en un escenario experimental", según el Dr. Dominik Kraus, uno de los autores principales del estudio. "En nuestro experimento, expusimos un tipo especial de plástico: el poliestireno, que también consiste en una mezcla de carbono e hidrógeno, a condiciones similares a las de Neptuno o Urano. "

¿Cómo han logrado los científicos este efecto? Conduciendo dos ondas de choque, accionado por un láser óptico extremadamente de gran alcance en combinación con una fuente de rayos X. Aplicando una gran presión y temperaturas de unos cinco mil grados Celsius, comprimieron el plástico. "La primera ola más pequeña y más lenta es superada por otra segunda ola más fuerte", explica Kraus. "La mayoría de los diamantes forman el momento en que ambas olas se superponen". Y como este proceso tarda sólo una fracción de segundo, los investigadores utilizaron la difracción de rayos X ultra-rápida para tomar instantáneas de la creación de los diamantes y los procesos químicos involucrados. "Nuestros experimentos demuestran que casi todos los átomos de carbono se compactan en diamantes de tamaño nanométrico", resume el investigador.

Basándose en estos resultados, los autores del estudio asumen que los diamantes de Neptuno y Urano son estructuras mucho más grandes y probablemente se hunden en el núcleo del planeta durante miles de años. "Nuestros experimentos también nos proporcionan una mejor visión de la estructura de los exoplanetas", anticipa Kraus.

Los investigadores pueden realizar dos mediciones principales en estos gigantes cósmicos fuera de nuestro sistema solar: la primera es la masa, basada en cambios posicionales de la estrella madre; y la otra es su radio, derivado de la sombra que se proyecta cuando el planeta pasa por delante de una estrella. La relación entre estas dos medidas ofrece pistas sobre la composición química del planeta, por ejemplo, si se compone de elementos ligeros o pesados.

Los nano-diamantes creados en los experimentos pueden usarse en instrumentos electrónicos, procedimientos médicos o como materiales de corte en producción industrial.

Aplicación en ingeniería

Pero, además de los conocimientos astrofísicos, estos experimentos también tienen potencial para la aplicación práctica. Los nano-diamantes creados en los experimentos pueden usarse en instrumentos electrónicos, procedimientos médicos o como materiales de corte en la producción industrial. La producción basada en láser podría significar un proceso más limpio y controlabl que el utilizado hasta ahora.

Refernecias:

D. Kraus, J. Vorberger, A. Pak, N. J. Hartley, L. B. Fletcher, S. Frydrych, E. Galtier, E J. Gamboa, D. O. Gericke, S. H. Glenzer, E. Granados, M. J. MacDonald, A. J. MacKinnon, E. E. McBride, I. Nam, P. Neumayer, M. Roth, A. M. Saunders, A. K. Schuster, P. Sun, T. van Driel, T. Döppner, R. W. Falcone: Formation of diamonds in laser-compressed hydrocarbons at planetary interior conditions. Nature Astronomy, 2017 (DOI: 10.1038/s41550-017-0219)

Imagen: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

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