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Una capa de diamantes de hasta 18 kilómetros (11 millas) de espesor podría estar escondida debajo de la superficie de Mercurio, el planeta más pequeño del sistema solar y el más cercano al Sol, según una nueva investigación.
Los diamantes podrían haberse formado poco después de que Mercurio se fusionara y formara un planeta hace unos 4.500 millones de años a partir de una nube de polvo y gas en el crisol de un entorno de alta presión y alta temperatura. En este momento, el planeta en ciernes se encuentra en estado de fusión. creído haber tenido una costra de grafito, flotando sobre un profundo océano de magma.
Un equipo de investigadores recreó ese ambiente abrasador en un experimento, con una máquina llamada prensa de yunque que normalmente se utiliza para estudiar cómo se comportan los materiales bajo presión extrema, pero también para la producción de diamantes sintéticos.
«Es una prensa enorme, que nos permite someter muestras diminutas a la misma alta presión y alta temperatura que esperaríamos en lo profundo del manto de Mercurio, en el límite entre el manto y el núcleo», dijo Bernard Charlier, jefe del departamento de geología de la Universidad de Lieja en Bélgica y coautor de un estudio que informa los hallazgos.
El equipo insertó una mezcla sintética de elementos (silicio, titanio, magnesio y aluminio) dentro de una cápsula de grafito, imitando la composición teórica del interior de Mercurio en sus inicios. Luego, los investigadores sometieron la cápsula a presiones casi 70.000 veces mayores que las que se encuentran en la superficie de la Tierra y a temperaturas de hasta 2.000 grados Celsius (3.630 grados Fahrenheit), replicando las condiciones que probablemente se encontraron cerca del núcleo de Mercurio hace miles de millones de años.
Después de que la muestra se derritió, los científicos observaron los cambios en la química y los minerales bajo un microscopio electrónico y notaron que el grafito se había convertido en cristales de diamante.
Este mecanismo, dicen los investigadores, no sólo puede darnos más información sobre los secretos que se esconden bajo la superficie de Mercurio, sino también sobre la evolución planetaria y la estructura interna de exoplanetas con características similares.
Mercurio misterioso
Mercurio es el segundo planeta más denso después de la Tierra. Un gran núcleo metálico ocupa el 85% del radio de Mercurio y también es el menos explorado de los planetas terrestres del sistema solar. La última misión completada a Mercurio, la MESSENGER de la NASA, orbitó el planeta entre marzo de 2011 y abril de 2015. También conocida como la misión de superficie, entorno espacial, geoquímica y medición de la distancia de Mercurio, recopiló datos sobre la geología, la química y el campo magnético del planeta, antes de que la nave espacial se quedara sin combustible e impactara contra la superficie.
“Sabemos que hay mucho carbono en forma de grafito en la superficie de Mercurio, pero hay muy pocos estudios sobre el interior del planeta”, dijo Yanhao Lin, científico del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión en Beijing y coautor del estudio, que apareció en junio en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
“En comparación con la Luna o Marte, sabemos muy poco sobre Mercurio, también porque no tenemos muestras de la superficie del planeta”, dijo Charlier. Mercurio es diferente de todos los demás planetas terrestres, agregó, porque está muy cerca del Sol y, por lo tanto, tiene una cantidad muy baja de oxígeno, lo que afecta su química.
Uno de los hallazgos de MESSENGER fue el hecho de que Mercurio es rico en carbono y su superficie es gris debido a la presencia generalizada de grafito, que es una forma de carbono. Los diamantes también están hechos de carbono puro, formado bajo condiciones específicas de presión y temperatura. Los investigadores querían ver si este proceso podría haber tenido lugar durante la formación del planeta.
Cuando Lin, Charlier y sus colegas estaban preparando el experimento para imitar el interior de Mercurio poco después de la formación del planeta, un elemento crucial fue el conocimiento de que el azufre también está presente en Mercurio, como evidencia estudios previos “Descubrimos que las condiciones son diferentes a las de la Tierra porque hay mucho azufre en Mercurio, lo que redujo el punto de fusión de nuestra muestra”, dijo Charlier.
“Se fundió completamente a una temperatura más baja en comparación con un sistema sin azufre, lo que es bueno para la estabilidad del diamante, porque al diamante le gusta la alta presión pero la temperatura más baja. Y esto es principalmente lo que nos dicen nuestros experimentos: el océano de magma de Mercurio es más frío de lo esperado y también más profundo, como sabemos por la reinterpretación de las mediciones geofísicas”, agregó, refiriéndose también a los datos de MESSENGER.
Estos dos factores, según el estudio, son los que hacen posible la formación de los diamantes.
¿Diamantes en la superficie?
Charlier advierte que el espesor de la capa de diamante, entre 15 y 18 kilómetros (9,3 y 11,1 millas), es sólo una estimación, y podría cambiar porque el proceso de formación de los diamantes todavía está en curso a medida que el núcleo de Mercurio continúa enfriándose.
Tampoco es posible determinar el tamaño de cada diamante. “No tenemos ni idea de su tamaño, pero un diamante está hecho únicamente de carbono, por lo que debería ser similar a lo que conocemos en la Tierra en cuanto a su composición. Parecerían diamantes puros”, afirmó.
¿Se podrán extraer diamantes? Según Charlier, eso sería imposible incluso con tecnologías futuras más avanzadas, porque se encuentran a una profundidad de unos 500 kilómetros. “Sin embargo, algunas lavas en la superficie de Mercurio se han formado por la fusión del manto muy profundo. Es razonable pensar que este proceso es capaz de traer algunos diamantes a la superficie, por analogía con lo que ocurre en la Tierra”, dijo.
Este proceso de formación de diamantes podría estar ocurriendo en algunos de los exoplanetas que estamos descubriendo en nuestra galaxia, explicó Charlier, si su composición química también es baja en oxígeno, como Mercurio. “Si un exoplaneta es más pequeño que Mercurio, el límite entre el núcleo y el manto sería demasiado superficial y la presión sería demasiado baja, lo que impediría la formación de los diamantes”, dijo. “Pero un tamaño entre Mercurio y la Tierra, combinado con un bajo nivel de oxígeno, son condiciones favorables para obtener diamantes”.
Los científicos podrían saber más pronto. Una misión llamada Bepi Colombo Se espera que la misión, formada por dos naves espaciales lanzadas en octubre de 2018, se introduzca en la órbita de Mercurio en diciembre de 2025, tras realizar una serie de sobrevuelos. La misión, liderada por la Agencia Espacial Europea y la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, estudiará el planeta desde la órbita y revelará mucho más sobre su interior y sus características.
La colaboración lleva el nombre del científico italiano Giuseppe “Bepi” Colombo, quien inventó la “asistencia gravitacional”. maniobra Se utiliza rutinariamente para enviar sondas a otros planetas.
“BepiColombo puede posiblemente identificar y cuantificar el carbono en la superficie, pero también si hay diamantes en la superficie o más grafito”, dijo Charlier. “Esto no fue posible con MESSENGER, y las mediciones también serán más precisas, lo que nos dará mejores estimaciones de la profundidad del límite entre el núcleo y el manto. Podremos probar nuestra hipótesis nuevamente”.
Un importante paso adelante
Sean Solomon, el investigador principal de la misión MESSENGER de la NASA a Mercurio y científico adjunto de investigación sénior en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, dijo que presenta «una idea interesante», pero que será un desafío para futuras misiones a Mercurio poder confirmarla. «Cualquier capa de diamante de este tipo es profunda y relativamente delgada», dijo en un correo electrónico. Solomon no participó en el estudio.
“La técnica más prometedora es probablemente la sismología, porque las velocidades de las ondas sísmicas en los diamantes son mucho más altas que las de las rocas del manto o el material del núcleo, pero las mediciones sísmicas requerirían uno o más módulos de aterrizaje de larga duración en la superficie de Mercurio”, dijo Solomon. BepiColombo, la única misión actualmente planeada para llegar a Mercurio, originalmente tenía un módulo de aterrizaje, pero se eliminó debido a restricciones presupuestarias.
Felipe González, físico teórico del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad de California en Berkeley, que tampoco participó en el trabajo, dijo que el estudio representa un importante paso adelante en nuestra comprensión de los interiores planetarios y cómo se forman y evolucionan. También cree que estudios interdisciplinarios como este son la clave para abordar los complejos problemas que enfrentamos en la ciencia hoy en día.
El mecanismo propuesto por el cual se forma esta capa de diamante es plausible, añadió González, pero aún depende en gran medida de nuestras suposiciones sobre el interior de Mercurio. “Si bien se han establecido muy buenas restricciones a lo largo de los años a medida que estudiamos este planeta más profundamente, solo podemos aproximarnos a su composición en nuestros modelos y experimentos a partir de mediciones indirectas”, dijo por correo electrónico.
“Aun así, este estudio representa lo mejor que podemos hacer con lo que tenemos actualmente”, afirmó González. “Solo las futuras misiones al planeta Mercurio dirán si estas predicciones fueron correctas. Por ahora, podemos centrarnos en mejorar nuestra comprensión de los materiales en estas condiciones extremas realizando más y mejores simulaciones y experimentos en nuestros laboratorios”.
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