Por fuera, Urano y Neptuno parecen mundos tranquilos, fríos y azulados. Pero por dentro son laboratorios extremos y bastante caóticos.
Allí hay presiones millones de veces mayores que en la superficie terrestre y temperaturas de miles de grados. Eso puede crear materiales rarísimos.
Un estudio de la Carnegie Institution, publicado en Nature Communications, propone un nuevo estado de la materia: una fase superiónica cuasi unidimensional.
Los gigantes helados no están hechos de “hielo” común. Tienen una mezcla caliente y densa de agua, amoníaco y metano.
El problema es que recrear esas condiciones en laboratorio resulta casi imposible. Harían falta presiones gigantescas y temperaturas capaces de destruir muchos recipientes.
Por eso los científicos usan simulaciones. Una de ellas imita las condiciones de Urano, incluyendo su presión, temperatura y química interna.
Ya se sabía que moléculas como el metano no sobreviven intactas allí. Se rompen y pueden formar materiales ricos en hidrógeno.
También pueden aparecer formas de carbono, incluso diamante. Pero las simulaciones tradicionales fallan cuando las presiones suben todavía más.
Para resolverlo, los investigadores usaron un método basado en primeros principios, dejando que la mecánica cuántica construyera el comportamiento del sistema.
Según la simulación, por encima de 1100 gigapascales, el carbono y el hidrógeno pueden formar un compuesto estable muy extraño.
Los átomos de carbono se acomodan en una red rígida con forma de hélice, como una escalera microscópica en espiral.
Cuando agregas calor, uno esperaría que esa estructura se derrita. Pero aquí ocurre algo mucho más raro e interesante.
Entre 1000 y 3000 kelvin, el material entra en un estado superiónico. Parte del material queda sólida y otra parte fluye.
En este caso, la red sólida la forman los átomos de carbono. Los átomos de hidrógeno se mueven dentro de esa estructura.
Pero no se mueven igual en todas las direcciones. Pueden avanzar fácilmente arriba o abajo por la “escalera” helicoidal.
En las otras direcciones, en cambio, parecen rotar más que desplazarse. Por eso los autores hablan de una fase superiónica cuasi unidimensional.
Esto importa porque cambia las propiedades del material. Puede conducir calor y electricidad muy bien en una dirección, pero no tanto en otras.
A eso se le llama anisotropía: el material se comporta distinto según desde qué dirección lo midas o lo atravieses.
Esta idea podría ayudar a explicar por qué los campos magnéticos de Urano y Neptuno son tan raros e inclinados.
Los modelos clásicos suelen asumir que los hielos superiónicos conducen energía de forma parecida en todas las direcciones. Tal vez no sea así.
Claro, un compuesto simple de carbono e hidrógeno no representa toda la complejidad del interior de esos planetas.
Pero muestra algo fascinante: bajo condiciones extremas, la materia puede comportarse de formas que apenas estamos empezando a imaginar.