Interior de Urano y Neptuno

Un nuevo método teórico abre el camino para modelar el interior de los gigantes de hielo Urano y Neptuno, gracias a las simulaciones por ordenador del agua que contienen. La herramienta, desarrollada por científicos del SISSA de Trieste y de la Universidad de California en Los Ángeles y recientemente publicada en la revista Nature Communications, permite analizar los procesos térmicos y eléctricos que ocurren en condiciones físicas que a menudo son imposibles de reproducir experimentalmente, con un enfoque mucho más fácil y de bajo costo.

En esta investigación, los expertos han analizado la conducción de la electricidad y el calor del agua en condiciones extremas de temperatura y presión, como las que se dan en el interior de los planetas gigantes de hielo, así como en muchos exoplanetas fuera del sistema solar. La investigación de los fenómenos que ocurren bajo su superficie, de hecho, es clave para entender la evolución de estos cuerpos celestes, para establecer su edad, y para arrojar luz sobre la geometría y la evolución de sus campos magnéticos.

"El hidrógeno y el oxígeno son los elementos más comunes en el Universo, junto con el helio. Es fácil deducir que el agua es uno de los principales constituyentes de muchos cuerpos celestes. Ganimedes y Europa, satélites de Júpiter, y Encélado, satélite de Saturno, presentan superficies heladas bajo las cuales se encuentran océanos de agua. Neptuno y Urano también están probablemente compuestos principalmente de agua", explican Federico Grasselli y Stefano Baroni, primer y último autor. "Nuestro conocimiento de los interiores planetarios" - dicen los estudiosos - "se basa en las características de la superficie y el campo magnético del planeta, que a su vez están influenciados por las características físicas de su estructura interna, como el transporte de energía, masa y carga a través de las capas intermedias internas. Por eso hemos desarrollado un método teórico y computacional para calcular la conductividad térmica y eléctrica del agua, en las fases y condiciones que se dan en esos cuerpos celestes, partiendo de simulaciones de vanguardia sobre la dinámica microscópica de unos cientos de átomos e incorporando la naturaleza cuántica de los electrones sin ninguna otra aproximación ad hoc. Simulando la escala atómica para fracciones de un nanosegundo, somos capaces de comprender lo que ha ocurrido con enormes masas en escalas de tiempo de miles de millones de años”.

Los expertos analizaron tres fases diferentes del agua: hielo, líquido y superiónica, bajo las condiciones extremas de temperatura y presión típicas de las capas internas de estos planetas. Grasselli y Baroni explican: "En tales condiciones físicas exóticas, no podemos pensar en el hielo como estamos acostumbrados. Incluso el agua es en realidad diferente, más densa, con varias moléculas disociadas en iones positivos y negativos, llevando así una carga eléctrica. El agua superiónica se encuentra en algún lugar entre las fases líquida y sólida: los átomos de oxígeno de la molécula de H2O están organizados en una red cristalina, mientras que los átomos de hidrógeno se difunden libremente como en un fluido cargado". El estudio de las corrientes térmicas y eléctricas generadas por el agua en estas tres formas diferentes es esencial para arrojar luz sobre muchas cuestiones sin resolver.

Los dos científicos afirman también que "las corrientes eléctricas internas están en la base del campo magnético del planeta. Si entendemos cómo fluyen las primeras, podemos aprender mucho más sobre el segundo". Y no sólo eso. "Los coeficientes de transporte térmico y eléctrico dictan la historia del planeta, cómo y cuándo se formó, cómo se enfrió. Por lo tanto, es crucial analizarlos con las herramientas adecuadas, como la que hemos desarrollado. En particular, las propiedades de conducción de calor que surgen de nuestro estudio nos permiten formular la hipótesis de que la existencia de un núcleo congelado puede explicar la luminosidad anómalamente baja de Urano, debido a un flujo de calor extremadamente bajo desde su interior hacia la superficie".

Además, la conductividad eléctrica encontrada para la fase superiónica es mucho mayor que la asumida en modelos anteriores de generación de campo magnético en Urano y Neptuno. Dado que se cree que el agua superiónica domina las densas y lentas capas planetarias que se encuentran debajo de la región del fluido convectivo donde se genera su campo magnético, esta nueva evidencia podría tener un gran impacto en el estudio de la geometría y la evolución de los campos magnéticos de los dos planetas.

Fuente: NCYT Amazings