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¿Qué sucede en el corazón de los planetas gigantes como Júpiter y Saturno?.


¿Qué sucede en el corazón de los planetas gigantes como Júpiter y Saturno? Para averiguarlo, un grupo de físicos americanos se ha propuesto utilizar uno de los más poderosos láseres del mundo para comprimir helio a una presión un millón de veces superior a la de la atmósfera terrestre.

En su novela 2010 Odisea Dos, Arthur C. Clarke repetía en la generalización de una idea adelantada por los físicos Marvin Ross y Francis Ree del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Júpiter y Saturno tienen posiblemente un sólido corazón de diamante resultado de las muy altas presiones reinantes en estos planetas gigantes.

Hoy, otro grupo de investigadores del mismo laboratorio se lanza también al asalto de la física de las altas presiones que reinan en el corazón de los gigantes gaseosos, como los de nuestro sistema solar o las de los exoplanetas: Los Júpiteres calientes.

Júpiter está constituido mayoritariamente por hidrógeno molecular y por helio pero, como había predicho Eugene Wigner en 1935, sabemos que el hidrógeno puede volverse metálico en condiciones de presión y de temperatura similares a las que reinan en el corazón de Júpiter. El comportamiento del helio, descrito por lo que se llama su ecuación de estado, dependiente de la temperatura y de la presión, es menos conocido. Se espera que este último exhiba propiedades intermedias entre las de un material condensado y las de un plasma.

Un modelo actual del interior de Júpiter. El corazón es sin duda rocoso pero rodeado de hidrógeno sólido y de helio líquido. La temperatura sería allí de por lo menos 16.000 K en el centro, es decir el doble de la temperatura de la superficie del Sol. © LLNL

Desde el punto de vista de los teóricos y de los experimentadores del LLNL, (uno de los laboratorios de referencia para la puesta a punto de las armas nucleares y termonucleares americanas), la exploración de esta física, próxima a la que reina en el momento de las explosiones de las bombas A y H, es más que simple curiosidad científica.

Eso no impide que para un planetólogo o un físico, lo que debe pasar en el corazón de las gigantes es algo verdaderamente fascinante. Los materiales en estas condiciones de temperatura y de presión elevadas deberían tener ciertas propiedades raras, como la superfluidez o incluso la superconductividad a alta temperatura crítica. En particular, el proceso de cristalización de Wigner (los electrones formarían una red cristalina) debería producirse, al igual que el que se piensa que interviene en las enanas blancas.

Significado más abajo© American Scientist (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Significado de los elementos de la imagen superior, (de izquierda a derecha): Quemador de pólvora, tubo de la bomba, pistón, hidrógeno gaseoso, válvula de ruptura, cañón, placas de zafiro, proyectil, hidrógeno líquido, eléctrodos.


En experimentos precedentes, una muestra de hidrógeno líquido se colocó en un contenedor. Una explosión ponía en movimiento un pistón que comprimía el hidrógeno gaseoso con el fin de propulsar un proyectil a gran velocidad sobre la muestra de hidrógeno líquido (figura anterior). Una onda de choque se producía entonces en este último, creando durante una fracción de segundo las condiciones de presiones dentro de Júpiter, es decir 77 Megabares. (N. del T.; A efectos comparativos la presión media atmosférica a nivel del mar en nuestro planeta está en torno a los 1 013 milibares o hPa).


Cien Gigapascales con un láser.

Jon Eggert, Peter Celliers, Damien Hicks y Gilbert Collins, del LLNL, repitieron desde el principio este experimento sustituyendo el hidrógeno líquido por helio comprimido entre dos diamantes artificiales (zafiros). El proyectil, ha sido reemplazado por un impulso láser, que posee una fuerza de compresión similar, emitida por el laser Omega de la Universidad de Rochester, utilizado desde hace tiempo en el marco de la fusión inercial controlada.

Una vista de la muestra de helio liquida antes de la compresión por el laser Omega. El cuadrado es un captador en cuarzo utilizado para medir la presión en la muestra.© LLNL

Mientras que los experimentos con proyectil habían permitido alcanzar los 16 GPa (Gigapascales), aquí se han sobrepasado los 100 GPa. Los investigadores pudieron someter a un test sus predicciones para el comportamiento del helio, hasta sobrepasar la presión en el interior de Júpiter. Descubrieron que a tales presiones, el helio se volvía conductor.

Se preparan ahora para explorar nuevos límites de la ecuación de estado del helio con los láseres que pronto estarán disponibles gracias al National Ignition Facility. Investigadores del CEA, en Francia, del Carnegie Geophysical Institute y de la Universidad de Berkeley estarán asociados en esta aventura.

Foto de un experimento en el que interviene el láser Omega. © LLNL

Traducido para Astroseti.org por Xavier Civit

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Crédito de las imágenes: LLNL. American Scientist.



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