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Los científicos crean una fase misteriosa del agua: ‘hielo supersónico’

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Los científicos utilizaron diamantes y un haz de rayos X brillantes para recrear las condiciones en el interior de los planetas y crearon una fase de agua llamada 'hielo superiónico', en la Fuente de Fotones Avanzados (APS).  Exprimieron sus muestras de hielo entre dos piezas de diamante, la sustancia más dura de la Tierra, para simular las intensas presiones, y luego dispararon láseres a través de los diamantes para calentar la muestra (se muestra el aparato en APS).

Los científicos han creado una fase misteriosa del agua, llamada ‘hielo superiónico’, al emitir rayos X a través de un diamante en el laboratorio.

Se necesitan condiciones extremas para producir hielo superiónico, a veces denominado «hielo caliente», que se suma a las otras fases bien conocidas del agua: hielo sólido, agua líquida y gas de vapor.

El hielo superiónico es una forma cristalina especial, mitad sólida, mitad líquida, y es eléctricamente conductor.

Se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior.

Saber más sobre las diferentes fases del H2O, de las cuales hay varias, podría ayudar a encontrar vida en otros planetas, creen los científicos.

Los científicos utilizaron diamantes y un haz de rayos X brillantes para recrear las condiciones en el interior de los planetas y crearon una fase de agua llamada ‘hielo superiónico’, en la Fuente de Fotones Avanzados (APS). Exprimieron sus muestras de hielo entre dos piezas de diamante, la sustancia más dura de la Tierra, para simular las intensas presiones, y luego dispararon láseres a través de los diamantes para calentar la muestra (se muestra el aparato en APS).

¿QUÉ ES EL HIELO SUPERIONICO?

El hielo superiónico, también llamado agua superiónica, es una fase del agua que existe a temperaturas y presiones extremadamente altas.

El hielo superiónico es una forma cristalina especial, mitad sólida, mitad líquida, y es eléctricamente conductor.

Es a la vez sólido y líquido porque está compuesto de átomos de oxígeno en una red cristalina sólida e hidrógeno líquido.

Los experimentos exitosos para crear hielo superiónico se llevaron a cabo en Advanced Photon Source (APS), la instalación de fuente de luz de rayos X de alta energía del gobierno de EE. UU. En Lemont, Illinois.

Se pensaba que el hielo superiónico no aparecería hasta que el agua se comprimiera a más de 50 gigapascales de presión, más o menos las mismas condiciones dentro del combustible del cohete cuando detona para el despegue, pero estos experimentos fueron solo a 20 gigapascales.

« Fue una sorpresa: todos pensaron que esta fase no aparecería hasta que se encuentre a presiones mucho más altas que donde la encontramos por primera vez », dijo el coautor del estudio Vitali Prakapenka, profesor de la Universidad de Chicago y científico de líneas de luz en APS.

«Pero pudimos mapear con mucha precisión las propiedades de este nuevo hielo, que constituye una nueva fase de la materia, gracias a varias herramientas poderosas».

La forma sólida del agua (H2O) en realidad se presenta en más de una docena de estructuras diferentes, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura del medio ambiente.

‘Superiónico’, que no debe confundirse con ‘supersónico’, se refiere al agua que tiene propiedades sólidas y líquidas, lo que ocurre cuando el agua se coloca bajo presión y calor extremos.

En el hielo superiónico, los átomos de oxígeno están estrechamente empaquetados y bloqueados en su lugar, mientras que los protones pueden moverse a través de la red, de manera similar a los átomos y electrones de un metal.

Los experimentos se llevaron a cabo en Advanced Photon Source (APS, en la foto), la instalación de fuentes de luz de rayos X de alta energía del gobierno de EE. UU. En Lemont, Illinois.

Los experimentos se llevaron a cabo en Advanced Photon Source (APS, en la foto), la instalación de fuentes de luz de rayos X de alta energía del gobierno de EE. UU. En Lemont, Illinois.

Su existencia se ha predicho sobre la base de varios modelos y ya se ha observado en condiciones de laboratorio muy extremas.

Teorizados por primera vez en 1988, los investigadores de EE. UU. Proporcionaron la primera evidencia directa del hielo superiónico en 2018.

Sin embargo, el hielo superiónico solo se había vislumbrado previamente en un breve instante después de que los investigadores enviaran una onda de choque a través de una gota de agua.

Ahora, utilizando APS, este equipo de científicos ha encontrado una manera de crear, mantener y examinar el hielo de manera confiable.

APS es un acelerador masivo que impulsa los electrones a velocidades extremadamente altas cercanas a la velocidad de la luz para generar haces brillantes de rayos X.

Prakapenka y sus colegas exprimieron sus muestras de hielo entre dos piezas de diamante, la sustancia más dura de la Tierra, para simular las intensas presiones, y luego dispararon láseres a través de los diamantes para calentar la muestra.

Finalmente, enviaron un haz de rayos X a través de la muestra y reconstruyeron la disposición de los átomos en el interior basándose en cómo los rayos X se dispersan fuera de la muestra.

El hielo superiónico es una forma cristalina especial, mitad sólida, mitad líquida.  Se representa una representación artística.

El hielo superiónico es una forma cristalina especial, mitad sólida, mitad líquida. Se representa una representación artística.

Al observar la estructura del hielo, el equipo se dio cuenta de que tenía una nueva fase en sus manos y pudo mapear con precisión su estructura y propiedades.

«Imagínese un cubo, una red con átomos de oxígeno en las esquinas conectados por hidrógeno», dijo Prakapenka.

Cuando se transforma en esta nueva fase superiónica, la red se expande, permitiendo que los átomos de hidrógeno migren mientras los de oxígeno permanecen estables en sus posiciones.

«Es como una red de oxígeno sólido en un océano de átomos de hidrógeno flotantes».

Esto tiene consecuencias sobre cómo se comporta el hielo: se vuelve menos denso, pero significativamente más oscuro porque interactúa de manera diferente con la luz.

Según Prakapenka, aún no se ha explorado la gama completa de propiedades químicas y físicas del hielo superiónico.

El hielo superiónico se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior.  En la foto se muestra un corte de Urano.

El hielo superiónico se forma a temperaturas y presiones extremadamente altas en el centro de planetas como Neptuno y Urano en el sistema solar exterior. En la foto se muestra un corte de Urano.

Mapear las condiciones exactas donde ocurren las diferentes fases del hielo es importante, entre otras cosas, para comprender la formación de los planetas e incluso dónde buscar vida en otros planetas.

Los científicos creen que existen condiciones similares en el interior de Neptuno y Urano, y otros planetas rocosos fríos en otros sistemas solares, conocidos como ‘exoplanetas’.

Las propiedades de estos hielos juegan un papel en los campos magnéticos de un planeta, que tienen un gran impacto en su capacidad para albergar vida.

Los poderosos campos magnéticos de la Tierra nos protegen de la radiación entrante dañina y los rayos cósmicos, mientras que las superficies de los planetas áridos Marte y Mercurio están expuestas.

Conocer las condiciones que afectan la formación del campo magnético puede guiar a los científicos en su búsqueda de vida extraterrestre.

El nuevo logro ha sido publicado en la revista Física de la naturaleza.

¡MENTE LA BRECHA! NUESTRO PRIMER SISTEMA SOLAR FUE DIVIDIDO EN UNA REGIÓN INTERIOR Y EXTERIOR YA SEA POR LA FUERZA GRAVITACIONAL DE JÚPITER O POR FUERTES VIENTOS QUE SOPLAN EL MATERIAL HACIA AFUERA

Nuestro sistema solar primitivo tenía una brecha entre sus regiones interior y exterior, incluso cuando era solo una masa arremolinada de gas y polvo, revela un estudio.

La misteriosa brecha, descrita como un «límite cósmico», existía hace unos 4.567 millones de años, cuando se acababa de formar el sistema solar.

Creció para formar lo que hoy es la brecha entre Marte y Júpiter, que separa los planetas internos y externos.

El estudio fue realizado por expertos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), basado en el análisis de meteoritos antiguos, fragmentos de asteroides que han caído a la Tierra desde el espacio.

Los investigadores no saben exactamente qué creó la brecha, pero podría haber sido causada por un Júpiter joven o un viento del sistema solar emergente.

Esta separación física de la brecha podría haber dado forma a la composición de los planetas del sistema solar, al evitar que el material a ambos lados interactúe.

Por ejemplo, en el lado interior del espacio, el gas y el polvo se fusionaron como planetas terrestres, incluidos la Tierra y Marte, mientras que el gas y el polvo se relegaron al lado más alejado del espacio formado en regiones más heladas, como Júpiter y sus gigantes gaseosos vecinos.

Lee mas: Nuestro sistema solar primitivo tenía una brecha entre sus dos regiones, encuentra un estudio

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