Investigadores han creado nanodiamantes en el laboratorio en las condiciones que se dan en el interior de Neptuno y Urano

Se cree que en el interior de Neptuno y Urano ocurre una lluvia de grandes diamantes - Greg Stewart/SLAC National Accelerator LaboratoryG.L.S.

La Tierra es el único lugar del Sistema Solar donde el agua líquida fluye en la superficie y se precipita desde el cielo, pero los otros planetas también tienen tormentas, lluvias y hasta ríos. De hecho, algunas teorías apuntan a que los planetas gigantes de Urano y Neptuno sufren presiones tan elevadas, que allí puede ocurrir algo maravilloso: una «lluvia de diamantes». Se cree que si las moléculas de metano de la atmósfera se rompen, el carbono que las forma se precipita y puede unirse formando grafito o incluso compactos cristales.

Un diamante es un cristal de átomos de carbono- DOMINIO PÚBLICO

De momento, ha sido imposible adentrarse en la turbulenta atmósfera de estos planetas para comprobar si esto ocurre o no. Pero recientemente, un equipo de investigadores del laboratorio alemánHelmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf ha conseguido diseñar un experimento capaz de reproducir el corazón de estos gigantescos planetas gaseosos, sin necesidad de viajar hasta ellos. Gracias a eso, por primera vez han podido producir en el laboratorio los ingredientes de la «lluvia de diamantes». Sus hallazgos han sido publicados en Nature Astronomy, tal como ha informado el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, de la Universidad de Stanford.

«Hasta ahora, los investigadores solo podían asumir que los diamantes podían formarse», ha dicho Dominik Kraus, investigador en el laboratorio Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf y primer autor del estudio. «Pero cuando vi los resultados del último experimento, fue el mejor momento de toda mi carrera científica».

No es para menos. Los resultados presentados constituyen la primera observación inequívoca de la formación de diamantes a altas presiones a partir de mezclas que en principio podrían aparecer dentro de Urano y Neptuno.
Importante para entender exoplanetas

Por eso, los autores han sugerido que estos conocimientos ayudarán a entender y clasificar los exoplanetas gaseosos (planetas no rocosos situados más allá del Sistema Solar). Normalmente, esta clasificación se hace a partir de la relación que existe entre radio y masa, entre otras cosas porque esto es un indicador de la posible composición química del planeta en cuestión. Incluso, Kraus espera poder usar esta metodología para analizar otros fenómenos del interior de los planetas.
Dos mundos gigantes y gaseosos. Urano, a la izquieda, y Neptuno, a la derecha.- Izquierda: NASA/JPL-Caltech. Derecha: NASA

Además, conocer con más precisión cómo los elementos se mezclan y unen bajo las condiciones de presión reales es una forma de entender mejor la dinámica de estos planetas. De hecho, la «lluvia de diamantes» es un proceso que influye en el flujo de energía y calor en el interior de estos mundos. «No podemos adentrarnos en los planetas para mirar, así que estos experimentos de laboratorio son un buen complemento para las observaciones de satélites y telescopios», ha opinado Kraus.

Aparte, este tipo de procesos químicos a altas presiones pueden complementar también los estudios relacionados con la fusión nuclear, y que tienen una gran importancia práctica y también teórica, puesto que son el «alma» de las estrellas.

Por último, este trabajo puede tener aplicaciones prácticas. Para hacer estos experimentos, los científicos han tenido que crear nanodiamantes en el laboratorio. Más adelante estos podrían ser explotados con fines comerciales, por ejemplo en medicina o en equipos científicos y electrónicos de alta precisión.
Experimentos de femtosegundos

Ya había habido otros intentos de reproducir el interior de Neptuno y Urano en busca del proceso de formación de diamantes, pero nunca se había podido observar las reacciones químicas en tiempo real, algo que en esta ocasión ha resultado crucial. Esta vez, y gracias a un potente láser, el «Linac Coherent Light Source» (LCLS), del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, de la Universidad de Stanford, Estados Unidos, ha sido distinto. En concreto, los investigadores han usado el instrumento MEC, de «Matter in Extreme Conditions».

Los autores han podido observar en tiempo real las reacciones químicas formadoras de la «lluvia de diamantes». Y todo gracias a haber producido pulsos de rayos X extremadamente breves (del orden de femtosegundos, la milbillonésima parte de un segundo). Gracias a esto, han podido ver cómo se comporta la materia en circunstancias extremas.
Instrumento MEC, de «Matter in Extreme Conditions instrument», donde se han hecho estos experimentos- SLAC National Accelerator Laboratory

En concreto, lograron que casi todos los átomos de carbono de un plástico (poliestireno, que se ha usado para sustituir al metano de Neptuno y Urano) se incorporasen a pequeñas estructuras de diamante de apenas unos cuantos nanómetros de tamaño (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro).

Para ello crearon parejas de ondas de choque de rayos X que impactaron contra el plástico y generaron las condiciones adecuadas de presión y temperatura. Y fue ahí cuando se formaron la mayoría de los diamantes, según Kraus.
¿Diamantes de 200 kilogramos?

Según los autores, los diamantes formados en Urano y Neptuno son mucho más grandes que los que ellos han creado en el laboratorio, y pueden llegar a los millones de quilates, es decir, a la increíble cifra de 200 kilogramos. En medio del turbulento medio del interior de los planetas, los científicos creen que es posible que con el tiempo los diamantes se sumerjan en el interior y formen una gruesa coraza en torno al núcleo.

Se considera que esta lluvia ocurre unos 8.000 kilómetros bajo la superficie de Urano y Neptuno. Esto ocurriría por encima de los núcleos sólidos que ambos tienen y que están rodeados por varias capas de hielo.

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