Los científicos han descubierto una nueva forma de hielo: puede ser común en planetas distantes ricos en agua.

Los físicos de la UNLV han sido pioneros en una nueva técnica de calentamiento por láser en una celda de yunque de diamante (en la foto aquí) como parte de su descubrimiento de una nueva forma de hielo. Crédito: Chris Higgins

Los hallazgos podrían tener implicaciones para nuestra comprensión de los planetas distantes ricos en agua.

Los investigadores de NLV han descubierto una nueva forma de hielo, redefiniendo las propiedades del agua a alta presión.

El agua sólida, o el hielo, es como muchas otras sustancias en el sentido de que puede formar diferentes sólidos en función de las condiciones cambiantes de temperatura y presión, como la formación de carbono de diamante o grafito. Sin embargo, el agua es excepcional en este aspecto, ya que conocemos al menos 20 formas sólidas de hielo.

Un equipo de científicos que trabaja en el Laboratorio de Condiciones Extremas de la UNLV en Nevada ha ideado un nuevo método para medir las propiedades del agua a alta presión. La muestra de agua se exprimió primero entre los extremos opuestos de los diamantes y se congeló en varios cristales de hielo mixtos. Luego, el hielo se sometió a una técnica de calentamiento por láser que provocó que se derritiera temporalmente antes de volver a formarse rápidamente en un grupo de pequeños cristales en forma de polvo.

Al aumentar gradualmente la presión y dispararla periódicamente con un rayo láser, el equipo observó que el hielo de agua pasa de la conocida fase cúbica, Ice-VII, a la fase intermedia y cuaternaria recién descubierta, Ice-VIIt, antes de asentarse. a otro conocido escenario, Ice-X.

Zach Grande, Doctorado en UNLV. Taleb, quien dirigió un trabajo que también mostró que la transición a Ice-X, cuando el agua se endurece, ocurre a presiones mucho más bajas de lo que se pensaba anteriormente.

Si bien es poco probable que encontremos esta nueva fase de hielo en algún lugar de la Tierra, es probable que sea un componente común dentro del manto de la Tierra, así como en lunas grandes y planetas ricos en agua fuera de nuestro sistema solar.

Los resultados del equipo se informaron en la edición del 17 de marzo de 2023 de la revista. revisión física b.

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El equipo de investigación ha estado trabajando para comprender el comportamiento del agua a alta presión que puede estar presente en el interior de planetas distantes.

Para hacer esto, Grandi y un físico de la UNLV Ashkan Lammat colocaron una muestra de agua entre las puntas de dos diamantes de corte redondo conocidos como celdas de yunque de diamante, una característica estándar en el campo de la física de alta presión. Aplicar un poco de fuerza al diamante permitió a los investigadores recrear presiones tan altas como las del centro de la Tierra.

Al comprimir una muestra de agua entre estos diamantes, los científicos dirigieron los átomos de oxígeno e hidrógeno en una variedad de arreglos diferentes, incluido el arreglo recién descubierto, Ice-VIIt.

La técnica de calentamiento por láser, primera en su tipo, no solo permitió a los científicos observar una nueva fase del hielo de agua, sino que el equipo también descubrió que la transición a Ice-X se produjo a presiones casi tres veces más bajas de lo que se pensaba anteriormente: 300 000 atmósferas en lugar de 1 millón. Esta transición ha sido un tema muy debatido en la comunidad durante varias décadas.

“El trabajo de Zach ha demostrado que esta transición al estado iónico ocurre a presiones mucho más bajas de lo que se pensaba anteriormente”, dijo Salamat. “Es la pieza que falta y las mediciones más precisas en el agua en estas condiciones”.

Salamat agregó que el trabajo también está recalibrando nuestra comprensión de la formación de exoplanetas. Los investigadores plantean la hipótesis de que la fase de hielo Ice-VIIt podría estar presente en abundancia en la corteza y el manto superior de los planetas ricos en agua proyectados fuera de nuestro sistema solar, lo que significa que podrían tener condiciones habitables.

Referencia: “Transiciones de simetría impulsadas por la presión en H denso₂O ice” por Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang y Jesse S. 17 de marzo de 2023 Disponible aquí revisión física b.
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104109

Los colaboradores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore utilizaron una gran supercomputadora para simular reordenamientos de enlaces, prediciendo que las transiciones de fase deberían ocurrir exactamente donde fueron medidas por los experimentos.

Los colaboradores adicionales incluyen a los físicos de la UNLV Jason Stephen y John Boasfert, el mineralogista de la UNLV Oliver Chuner y científicos del Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Arizona.