Un nuevo estudio ha encontrado que la 'lluvia de diamantes', un tipo de precipitación exótica hipotética en los planetas gigantes de hielo, podría ser más común de lo que se pensaba anteriormente.
En un experimento previo, 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 este fenómeno mientras se formaba.
Al investigar 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 EE UU y sus colegas descubrieron que la presencia de oxígeno hace que la formación de diamantes sea más probable, lo que les permite formarse y crecer en una gama más amplia de condiciones y en más planetas.
El nuevo estudio proporciona una imagen más completa de cómo se gesta este fenómeno en otros planetas y, aquí en la Tierra, podría conducir a una nueva forma de fabricar nanodiamantes, que tienen una amplia gama de aplicaciones en la administración de fármacos, sensores médicos, cirugía no invasiva, fabricación sostenible y electrónica cuántica.
"El documento anterior fue la primera vez que vimos directamente la formación de diamantes a partir de cualquier mezcla", dice en un comunicado Siegfried Glenzer, director de la División de Alta Densidad de Energía en SLAC. "Desde entonces, ha habido bastantes experimentos con diferentes materiales puros, pero, dentro de los planetas, es mucho más complicado. Hay muchos más productos químicos en la mezcla. Entonces, lo que queríamos averiguar aquí era qué tipo de efecto tienen estos químicos adicionales", añade.
El equipo, dirigido por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y la Universidad de Rostock en Alemania, así como por la École Polytechnique de Francia en colaboración con SLAC, publicó los resultados en Science Advances.
Varios componentes químicos
En el experimento previo, 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. No obstante, los gigantes de hielo contienen otros elementos, como grandes cantidades de oxígeno.
En el experimento más reciente, los investigadores utilizaron plástico PET, a menudo utilizado en envases de alimentos, botellas y recipientes de plástico, para reproducir la composición de estos planetas con mayor precisión.
"PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad en los planetas de hielo", afirma Dominik Kraus, físico de HZDR y profesor de la Universidad de Rostock.
Los investigadores utilizaron un láser óptico de alta potencia en el instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) en la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC para crear ondas de choque en el PET. Luego, probaron lo que sucedió en el plástico con pulsos de rayos X de LCLS.
Combinación de varias técnicas
Usando un método llamado difracción de rayos X, observaron cómo los átomos del material se reorganizaban en pequeñas regiones de diamantes. Al mismo tiempo, utilizaron otra técnica llamada dispersión de ángulo pequeño, que no se había utilizado en el primer artículo, para medir cómo de rápido y hasta qué punto crecían esas regiones.
Con la dispersión de ángulo pequeño, pudieron determinar que estas regiones de diamantes crecieron hasta unos pocos nanómetros de ancho. Descubrieron que, con la presencia de oxígeno en el material, los nanodiamantes podían crecer a presiones y temperaturas más bajas que las observadas anteriormente.
"El efecto del oxígeno fue acelerar la división del carbono y el hidrógeno y, así, fomentar la formación de nanodiamantes", asegura Kraus. "Significaba que los átomos de carbono podían combinarse más fácilmente y formar diamantes", agrega.
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