[ad_1]
(Noticias de Nanowerk) Un nuevo estudio ha encontrado que la «lluvia de diamantes», un tipo de precipitación exótica que se sospecha desde hace mucho tiempo en los planetas helados, puede ocurrir con más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente.
En un experimento anterior (astronomía natural«Formación de diamantes en hidrocarburos comprimidos con láser en condiciones interiores planetarias»), los investigadores imitaron las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en las profundidades de los gigantes de hielo Neptuno y Urano y, por primera vez, observaron la lluvia de diamantes mientras se formaba.
Al estudiar este proceso en un nuevo material que se parece más a la composición química de Neptuno y Urano, los científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y sus colegas descubrieron que la presencia de oxígeno aumenta la probabilidad de que se formen diamantes, lo que hace que se formen y puedan crecer bajo una gama más amplia de condiciones y en más planetas.
El nuevo estudio proporciona una imagen más completa de cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas y podría conducir a una nueva forma de producir nanodiamantes aquí en la Tierra, con una amplia gama de aplicaciones en la administración de fármacos, sensores médicos, cirugía no invasiva, fabricación y electrónica cuántica.
«El documento anterior fue la primera vez que vimos directamente la formación de diamantes a partir de mezclas arbitrarias», dijo Siegfried Glenzer, director de la División de Alta Densidad de Energía de SLAC. “Desde entonces ha habido muchos experimentos con diferentes materiales puros. Pero dentro de los planetas es mucho más complicado; Hay muchos más químicos en la mezcla. Así que aquí queríamos averiguar qué efecto tienen estos productos químicos adicionales”.
El equipo, dirigido por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y la Universidad de Rostock en Alemania y la École Polytechnique de Francia en colaboración con SLAC, publicó los resultados en avances científicos («Cinética de la formación de diamantes en muestras de C─H─O comprimidas por choque registradas por dispersión de rayos X de ángulo pequeño y difracción de rayos X»).
Comenzando con plástico
En el experimento anterior, los investigadores estudiaron un material plástico hecho de una mezcla de hidrógeno y carbono, componentes clave de la composición química general de Neptuno y Urano. Pero además de carbono e hidrógeno, los gigantes de hielo también contienen otros elementos, como grandes cantidades de oxígeno.
En el experimento más reciente, los investigadores utilizaron plástico PET, comúnmente utilizado en envases de alimentos, botellas y recipientes de plástico, para reproducir con mayor precisión la composición de estos planetas.
“PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad en los planetas de hielo”, dice Dominik Kraus, físico del HZDR y profesor de la Universidad de Rostock.
El oxígeno es el mejor amigo de un diamante.
Los investigadores utilizaron un láser óptico de alta potencia en el instrumento Materia en condiciones extremas (MEC) en la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC para generar ondas de choque en el PET. Luego usaron pulsos de rayos X de LCLS para estudiar lo que sucedió dentro del plástico.
Usando un método llamado difracción de rayos X, observaron cómo los átomos del material se reorganizaban en pequeñas regiones de diamantes. Simultáneamente usaron otro método llamado dispersión de ángulo pequeño, que no se había usado en el primer trabajo, para medir qué tan rápido y grande crecían estas regiones. Usando este método adicional, pudieron determinar que estas regiones de diamantes tenían un ancho de hasta unos pocos nanómetros. Descubrieron que cuando el oxígeno estaba presente en el material, los nanodiamantes podían crecer a presiones y temperaturas más bajas que las observadas anteriormente.
«El oxígeno aceleró la división de carbono e hidrógeno y, por lo tanto, promovió la formación de nanodiamantes», dice Kraus. «Eso significaba que los átomos de carbono podían unirse más fácilmente y formar diamantes».
Planetas congelados
Los investigadores predicen que los diamantes en Neptuno y Urano crecerían mucho más que los nanodiamantes producidos en estos experimentos, quizás con un peso de millones de quilates. Durante miles de años, los diamantes podrían hundirse lentamente a través de las capas de hielo de los planetas y acumularse en una gruesa capa de joyas alrededor del núcleo sólido del planeta.
El equipo también encontró evidencia de que el agua superiónica también podría formarse en combinación con los diamantes. A menudo denominada «hielo negro caliente», esta fase de agua recientemente descubierta existe a temperaturas y presiones extremadamente altas. Bajo estas condiciones extremas, las moléculas de agua se rompen y los átomos de oxígeno forman una red cristalina en la que los núcleos de hidrógeno flotan libremente. Debido a que estos núcleos que flotan libremente están cargados eléctricamente, el agua superiónica puede conducir electricidad y podría explicar los campos magnéticos inusuales en Urano y Neptuno.
Los hallazgos también podrían afectar nuestra comprensión de los planetas en galaxias distantes, ya que los científicos ahora creen que los gigantes de hielo son la forma más común de planeta fuera de nuestro sistema solar.
«Sabemos que el núcleo de la Tierra es principalmente de hierro, pero muchos experimentos aún están investigando cómo la presencia de elementos más ligeros puede cambiar las condiciones de fusión y las transiciones de fase», dijo la científica y colaboradora de SLAC, Silvia Pandolfi. «Nuestro experimento muestra cómo estos elementos pueden cambiar las condiciones bajo las cuales se forman los diamantes en los gigantes de hielo. Si queremos modelar planetas con precisión, debemos acercarnos lo más posible a la composición real del interior planetario”.
diamantes en bruto
La investigación también revela una forma potencial de producir nanodiamantes a través de la compresión por impacto impulsada por láser de plásticos PET baratos. Estas diminutas gemas, que ya se encuentran en abrasivos y pulidores, podrían usarse potencialmente en sensores cuánticos, agentes de contraste médicos y aceleradores de reacción de energía renovable en el futuro.
«La forma en que se fabrican los nanodiamantes actualmente es tomar un montón de carbono o diamante y explotarlo con explosivos», dijo el científico y colaborador de SLAC, Benjamin Ofori-Okai. “Esto crea nanodiamantes de varios tamaños y formas que son difíciles de controlar. Lo que vemos en este experimento es una reactividad diferente de la misma especie bajo alta temperatura y alta presión. En algunos casos, los diamantes parecen formarse más rápido que otros, lo que sugiere que la presencia de estos otros químicos puede acelerar este proceso. La producción con láser podría ofrecer una forma más limpia y controlable de crear nanodiamantes. Si podemos encontrar formas de cambiar algunas cosas sobre la reactividad, podemos cambiar la rapidez con que se forman y el tamaño que adquieren”.
A continuación, los investigadores planean experimentos similares con muestras líquidas que contienen etanol, agua y amoníaco, de lo que están hechos principalmente Urano y Neptuno, lo que los acercará a comprender cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas.
«El hecho de que podamos recrear estas condiciones extremas para ver cómo se desarrollan estos procesos en escalas muy pequeñas y muy rápidas es emocionante», dijo el científico y colaborador de SLAC, Nicholas Hartley. «Agregar oxígeno nos acerca más que nunca a la imagen completa de estos procesos planetarios, pero queda más trabajo por hacer. Es un paso para obtener la mezcla más realista y ver cómo se comportan realmente estos materiales en otros planetas”.
[ad_2]