Recrean el interior de los planetas gigantes, como Júpiter

Científicos del Laboratorio Lawrence Livermore (California, EE.UU.) han recreado experimentalmente por primera vez las condiciones que existen en el interior de los planetas gigantes, como Júpiter, Urano y muchos de los planetas recientemente descubiertos fuera de nuestro sistema solar.

Ahora los investigadores pueden recrear y medir con precisión las propiedades de los materiales que controlan cómo estos planetas evolucionan con el tiempo, una información esencial para la comprensión de cómo se forman estos objetos masivos. Este estudio se centró en el carbono, el cuarto elemento más abundante en el cosmos (después del hidrógeno, el helio y el oxígeno), que tiene un papel importante en muchos tipos de planetas dentro y fuera de nuestro sistema solar. La investigación aparece en la edición del 17 de julio de la revista Nature.

Usando la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Lawrence Livermore, que es el láser más grande del mundo, equipos del Laboratorio, de la Universidad de California en Berkeley y de la Universidad de Princeton sometieron a las muestras -de diamante- a 50 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra, que es comparable a las presiones que hay en el centro de Júpiter y Saturno.

De los 192 láseres de la Instalación, los investigadores utilizaron 176 para producir una onda de presión que comprimIÓ el material durante un corto período de tiempo. El diamante se vaporiza en menos de 10 mil millonésimas de segundo.

Aunque el diamante es el material menos compresible conocido, los investigadores fueron capaces de comprimirlo a una densidad sin precedentes superior a la del plomo en condiciones ambientales.

"Las técnicas experimentales desarrolladas aquí proporcionan una nueva capacidad de reproducir experimentalmente las condiciones de presión y temperatura de la profundidad del interior de los planetas", explica Ray Smith, físico del Laboratorio Livermore y autor principal del artículo, en la nota de prensa.

El problema del arado

Estas presiones se habían alcanzado antes, pero sólo con ondas de choque que también provocaban altas temperaturas -cientos de miles de grados o más- que no son realistas para el interior de los planetas. El reto técnico era mantener las temperaturas lo suficientemente bajas.

El problema era similar a mover un arado lo suficientemente despacio como para empujar la arena hacia adelante sin que se amontone. Esto se logró mediante el ajuste cuidadoso de la velocidad a la que la intensidad del láser cambiaba con el tiempo.

Los datos que se describen en este trabajo se encuentran entre las primeras pruebas de las predicciones hechas en los primeros días de la mecánica cuántica, hace más de 80 años, que se utilizan habitualmente para describir la materia en el centro de los planetas y las estrellas.

Aunque la concordancia entre estos nuevos datos y la teoría es alta, hay diferencias importantes, lo que sugiere posibles tesoros ocultos en las propiedades del diamante comprimido a tales extremos. Los futuros experimentos en los láseres se centrarán en desentrañar estos misterios.

Otra investigación, de la Carnegie Institution for Science (Washington D.C., EE.UU.), modeló teóricamente los planetas gaseosos gigantes para conocer cómo pudieron haberse formado y evolucionado.

El científico Alan Boss desarrolló modelos tridimensionales muy detallados que demuestran que, independientemente de cómo se formen los planetas gigantes gaseosos, deberían haber sido capaces de sobrevivir a estallidos periódicos de transferencia de masa desde los disco de gas que suelen rodear a las estrellas jóvenes. Por tanto, son difíciles de destruir una vez formados.

Referencia bibliográfica:

R. F. Smith, J. H. Eggert, R. Jeanloz, T. S. Duffy, D. G. Braun, J. R. Patterson, R. E. Rudd, J. Biener, A. E. Lazicki, A. V. Hamza, J. Wang, T. Braun, L. X. Benedict, P. M. Celliers, G. W. Collins: Ramp compression of diamond to five terapascals. Nature (2014). DOI: 10.1038/nature13526.