Pianeti giganti come Urano e Nettuno potrebbero contenere molto meno idrogeno libero di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori del tedesco Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hanno guidato le onde d'urto attraverso due tipi di plastica per raggiungere le stesse temperature e pressioni presenti all'interno di tali pianeti, e ha osservato il comportamento utilizzando impulsi laser a raggi X ultra potenti. inaspettatamente, una di queste plastiche ha mantenuto la sua struttura cristallina anche alle pressioni più estreme raggiunte. Poiché gli interni ghiacciati del gigante sono costituiti dagli stessi componenti della plastica, potrebbe essere necessario riconsiderare parzialmente i modelli planetari, come riportato sulla rivista Rapporti scientifici .

Il carbonio e l'idrogeno sono tra gli elementi più abbondanti nell'universo, e sono i principali costituenti dei pianeti giganti ghiacciati come Urano e Nettuno. Nell'atmosfera esterna, questi atomi si trovano sotto forma di gas metano, ma nel profondo, l'alta pressione può portare a strutture di idrocarburi più complesse. Prevedere le fasi e le strutture che il materiale assume in queste condizioni è una delle grandi questioni della ricerca planetaria.

Per comprendere meglio la struttura dei giganti di ghiaccio, un team internazionale guidato dai due ricercatori HZDR, Dott. Nicholas Hartley e Dott. Dominik Kraus, ha studiato due tipi di plastica in un esperimento di laboratorio:polistirene e polietilene. Questi materiali sono simili in chimica all'idrocarburo all'interno dei pianeti. Presso lo SLAC National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti, gli scienziati hanno esposto i campioni alle condizioni previste per essere presenti intorno al 10, 000 chilometri sotto la superficie di Nettuno e Urano. A questa profondità, la pressione è quasi alta come nel centro della Terra e 2 milioni di volte superiore alla pressione atmosferica sulla superficie terrestre.

Raggiungere pressioni estremamente elevate

A pressioni e temperature così elevate, l'unica struttura possibile che i ricercatori si aspettavano era il diamante, o che i campioni si sarebbero sciolti. Anziché, hanno osservato strutture idrocarburiche stabili fino alle pressioni più elevate raggiunte, ma solo per i campioni di polietilene. "Siamo rimasti molto sorpresi da questo risultato, " dice Hartley. "Non ci aspettavamo che il diverso stato iniziale facesse una differenza così grande in condizioni così estreme. È solo di recente, con lo sviluppo di sorgenti di raggi X più luminose, che siamo in grado di studiare questi materiali. Siamo stati i primi a pensare che potesse essere possibile, e lo è stato".

Poiché le condizioni estreme all'interno dei giganti di ghiaccio sulla Terra possono essere raggiunte solo per un breve momento, i ricercatori hanno bisogno di metodi di misurazione velocissimi. Ci sono solo una manciata di strutture laser a raggi X ultraveloci in tutto il mondo, e il tempo per le misurazioni è raro e molto richiesto. Kraus e Hartley hanno ricevuto un totale di tre turni di 12 ore per i loro esperimenti, e quindi ha dovuto utilizzare ogni minuto per eseguire il maggior numero possibile di corse di misurazione. Shocking il campione e la sonda con il laser a raggi X richiede solo pochi miliardesimi di secondo.

Anche durante gli esperimenti, i ricercatori hanno potuto riconoscere i primi risultati:"Eravamo molto emozionati perché, come sperato, il polistirene forma strutture di carbonio simili a diamanti. Per polietilene, però, non abbiamo visto diamanti per le condizioni raggiunte in questo esperimento. Anziché, c'era una nuova struttura che all'inizio non potevamo spiegare, " Ricorda Hartley. Confrontando i dati con i risultati precedenti a pressioni più basse, l'hanno identificato come una struttura stabile di polietilene, che era stato visto a una pressione cinque volte inferiore, e solo a temperatura ambiente.

La scoperta dimostra l'importanza di caratterizzare meglio le condizioni di temperatura e pressione all'interno dei giganti di ghiaccio, e la chimica a cui queste portano, per comprenderne la struttura e le proprietà fisiche. I modelli di Urano e Nettuno presumono che gli insoliti campi magnetici di questi pianeti possano provenire da idrogeno libero, che questi risultati potrebbero implicare è meno comune del previsto. Nel futuro, i ricercatori vogliono utilizzare miscele che includono l'ossigeno per abbinare meglio la chimica all'interno dei pianeti.