O nouă stare bizară a materiei s-ar putea ascunde în interiorul planetelor Uranus și Neptun

Interioarele adânci ale planetelor gigante de gheață, precum Uranus și Neptun, pot conține o formă de materie necunoscută anterior. Această posibilitate provine din noile simulări computerizate realizate de oamenii de știință de la Carnegie, Cong Liu și Ronald Cohen.

Studiul lor, publicat în Nature Communications, sugerează că hidrura de carbon ar putea căpăta o stare superionică cvasi-unidimensională neobișnuită sub presiunile și temperaturile intense găsite mult sub suprafețele acestor planete îndepărtate.

Peste 6.000 de exoplanete au fost descoperite până acum, iar numărul lor continuă să crească. Pentru a înțelege mai bine cum se formează și evoluează planetele, cercetătorii din astronomie, științe planetare și științele Pământului lucrează tot mai mult împreună.

Combinând observațiile, experimentele și modelele teoretice, ei urmăresc să descopere procesele fizice care modelează planetele, inclusiv modul în care sunt generate câmpurile magnetice, scrie Sciencedaily.

Acest interes crescând se extinde și asupra straturilor ascunse din interiorul planetelor și lunilor din propriul nostru Sistem Solar. Studierea a ceea ce se întâmplă adânc sub suprafață poate oferi indicii despre comportamentul planetar și poate ajuta chiar oamenii de știință să evalueze dacă lumile îndepărtate ar putea susține viața.

O stare superionică

Datele privind densitatea planetelor Uranus și Neptun indică faptul că acestea conțin straturi interne neobișnuite, descrise adesea ca „ghețuri fierbinți”. Aceste regiuni se află sub atmosferele exterioare de hidrogen și heliu și deasupra nucleelor solide.

Oamenii de știință cred că aceste straturi sunt formate din apă, metan și amoniac. Cu toate acestea, condițiile extreme din aceste medii forțează probabil acești compuși familiari în forme exotice și necunoscute.

Presiunile și temperaturile intense din interiorul giganților de gheață pot produce stări ale materiei care nu există pe Pământ. Pentru a explora acest lucru, Liu și Cohen au utilizat calculul de înaltă performanță și instrumente de învățare automată pentru a rula simulări cuantice detaliate ale hidrurii de carbon (CH).

Ei au modelat condiții variind de la aproape 5 milioane până la aproape 30 de milioane de ori presiunea atmosferică a Pământului (500 până la 3.000 gigapascali) și temperaturi între 3.700°C și 5.700°C.

Stări ale materiei care nu există pe Pământ

Simulările au scos la iveală o structură frapantă. Atomii de carbon formează un cadru hexagonal ordonat, în timp ce atomii de hidrogen se mișcă prin acesta de-a lungul unor căi asemănătoare unei spirale. Acest lucru creează o stare superionică cvasi-unidimensională.

Materialele superionice sunt neobișnuite deoarece se comportă parțial ca solidele și parțial ca lichidele. Un tip de atom rămâne blocat într-o structură cristalină, în timp ce un alt tip se mișcă liber.

„Această fază carbon-hidrogen nou prezisă este deosebit de frapantă deoarece mișcarea atomică nu este complet tridimensională”, a explicat Cohen. „În schimb, hidrogenul se mișcă preferențial de-a lungul unor căi elicoidale bine definite, încastrate într-o structură ordonată de carbon.”

Mișcarea direcțională a atomilor de hidrogen ar putea avea efecte majore asupra modului în care energia circulă în interiorul planetelor. Aceasta poate influența modul în care căldura și electricitatea sunt transportate prin aceste straturi adânci.

O structură uimitoare

Aceste proprietăți sunt deosebit de importante pentru a înțelege modul în care Uranus și Neptun își generează câmpurile magnetice, care diferă în moduri neobișnuite de cele ale altor planete.

Descoperirile evidențiază, de asemenea, modul în care elementele simple se pot comporta în moduri surprinzător de complexe sub condiții extreme. Chiar și compușii de bază precum carbonul și hidrogenul pot forma structuri organizate și neașteptate.

„Carbonul și hidrogenul sunt printre cele mai abundente elemente din materialele planetare, totuși comportamentul lor combinat în condițiile planetelor gigante rămâne departe de a fi complet înțeles”, a concluzionat Liu.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Telescopul Spațial James Webb a surprins forțe magnetice bizare pe planeta Uranus

Ce a descoperit un nou studiu despre planetele Uranus și Neptun?

Astronomii au mai rezolvat unul dintre misterele planetei Uranus

Răcirea misterioasă a planetei Uranus, în sfârșit explicată! Ce se întâmplă cu gigantul de gheață?