Una nuova ricerca computazionale suggerisce che l’interno di Urano e Nettuno potrebbe contenere una forma di materia precedentemente sconosciuta. Gli scienziati hanno identificato uno “stato superionico quasi unidimensionale” dell’idruro di carbonio, una scoperta che potrebbe cambiare radicalmente la nostra comprensione di come funzionano questi enormi pianeti.
Il mistero dei giganti di ghiaccio
Urano e Nettuno sono classificati come “giganti di ghiaccio”, un termine che si riferisce alla loro composizione piuttosto che alla loro temperatura. A differenza dei giganti gassosi Giove e Saturno, che sono costituiti principalmente da idrogeno ed elio, questi pianeti possiedono spessi strati di “ghiaccio caldo” situati tra le loro atmosfere esterne e i loro nuclei rocciosi.
Questi strati sono composti da acqua, metano e ammoniaca. Tuttavia, le condizioni nelle profondità di questi pianeti sono così estreme che le regole chimiche standard non si applicano più. Per comprendere questi ambienti, i ricercatori devono guardare oltre gli stati tradizionali della materia – solido, liquido e gas – per esplorare la fisica esotica nata da pressione e calore intensi.
Uno stato ibrido della materia
Utilizzando il calcolo ad alte prestazioni e l’apprendimento automatico, un team guidato dal dottor Cong Liu della Carnegie Institution for Science ha simulato il comportamento dell’idruro di carbonio in condizioni che imitano gli interni profondi di questi pianeti. Le simulazioni si sono concentrate su:
* Pressione estrema: da 500 a 3.000 gigapascal (fino a 30 milioni di volte la pressione atmosferica terrestre).
* Alte temperature: da 4.000 a 6.000 Kelvin.
I risultati hanno rivelato uno stato superionico, una rara fase della materia che agisce come un ibrido tra un solido e un liquido. In questo stato, un tipo di atomo forma una struttura rigida e cristallina (il carbonio), mentre un altro tipo di atomo (l’idrogeno) diventa mobile e scorre attraverso quella struttura.
La scoperta della “Spirale”.
Ciò che rende unica questa scoperta specifica è la direzione in cui si muove l’idrogeno. Invece di fluire liberamente in tutte le direzioni come un liquido, gli atomi di idrogeno si muovono lungo percorsi elicoidali (a spirale) ben definiti all’interno della struttura del carbonio.
“Questa fase carbonio-idrogeno recentemente prevista è particolarmente sorprendente perché il movimento atomico non è completamente tridimensionale”, ha osservato il dottor Ronald Cohen della Carnegie Institution for Science. “Invece, l’idrogeno si muove preferenzialmente lungo percorsi elicoidali ben definiti incorporati all’interno di una struttura ordinata di carbonio”.
Perché questo è importante per la scienza planetaria
Questa scoperta è più di una curiosità teorica; ha profonde implicazioni per le caratteristiche fisiche di Urano e Nettuno. Poiché gli atomi di idrogeno si muovono in un modo così specifico e direzionale, influenzeranno due processi planetari critici:
- Ridistribuzione del calore: il modo in cui l’energia si sposta dal nucleo alla superficie dipende da come gli atomi si muovono all’interno.
- Generazione di campo magnetico: la conduttività elettrica di questi strati è un fattore chiave nel modo in cui un pianeta genera il suo campo magnetico. Se la materia al suo interno è “quasi unidimensionale”, cambia il modo in cui scorre l’elettricità, il che potrebbe spiegare le caratteristiche magnetiche uniche osservate nei giganti di ghiaccio.
Conclusione
Scoprendo questo comportamento complesso in una semplice combinazione di carbonio e idrogeno, i ricercatori hanno dimostrato che anche gli elementi più comuni possono organizzarsi in schemi inaspettati sotto pressione. Questa scoperta fornisce una nuova lente attraverso la quale possiamo interpretare le dinamiche interne e i misteri magnetici dei giganti di ghiaccio del sistema solare.
