Un equipo de investigación internacional, incluidos científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, confirmó un pronóstico de casi 40 años y mostró experimentalmente que la lluvia de helio es posible dentro de planetas como Júpiter y Saturno (en la foto). Fuente: NASA / JPL / Space Science Institute.
Hace casi 40 años, los científicos predijeron por primera vez la existencia de lluvia de helio dentro de planetas que consisten principalmente en hidrógeno y helio, como Júpiter y Saturno. Sin embargo, no ha sido posible alcanzar las condiciones experimentales necesarias para confirmar esta hipótesis, hasta ahora.
En un artículo publicado hoy por Naturaleza, los científicos revelan evidencia experimental para respaldar esta predicción a largo plazo al mostrar que la lluvia de helio es posible bajo una variedad de condiciones de presión y temperatura que reflejan las que se espera que ocurran dentro de estos planetas.
“Descubrimos que la lluvia de helio es real y puede ocurrir tanto en Júpiter como en Saturno”, dijo Marius Millot, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y coautor del artículo. “Esto es importante para ayudar a los científicos planetarios a descifrar cómo se formaron y evolucionaron estos planetas, lo cual es fundamental para comprender cómo llegó a existir el sistema solar”.
“Júpiter es especialmente interesante porque se cree que ayudó a proteger la región del planeta interior donde se formó la Tierra”, agregó Raymond Jeanloz, coautor y profesor de Ciencias de la Tierra y Planetas y Astronomía en la Universidad de California, Berkeley. “Puede que estemos aquí por culpa de Júpiter”.
Un equipo de investigación internacional formado por científicos del LLNL, la Comisión de Energía Atómica y Energía Alternativa de Francia, la Universidad de Rochester y la Universidad de California en Berkeley llevaron a cabo sus experimentos en el Laboratorio de Energía Láser (LLE) de la Universidad de Rochester.
“La combinación de compresión estática y descargas láser es fundamental para lograr condiciones comparables a las del interior de Júpiter y Saturno, pero es muy difícil”, dijo Millot. “Realmente tuvimos que trabajar en la técnica para obtener evidencia convincente. El equipo llevó muchos años y mucha creatividad “.
El equipo utilizó celdas de yunque de diamante para comprimir la mezcla de hidrógeno y helio en 4 gigapascales (GPa; aproximadamente 40.000 veces la atmósfera de la Tierra). Luego, los investigadores utilizaron los 12 rayos láser Omega gigantes de LLE para disparar fuertes ondas de choque para comprimir la muestra más a una presión final de 60-180 GPa y calentarla a varios miles de grados. Un enfoque similar fue clave para el descubrimiento del hielo de agua superiónica.
Usando una gama de herramientas de diagnóstico ultrarrápidas, el equipo midió la velocidad del impacto, la reflectancia óptica de la muestra impactada y su emisión térmica, y descubrió que la reflectancia de la muestra no aumentaba suavemente con el aumento de la presión de impacto, ya que los investigadores probaron mediciones similares. en la mayoría de las muestras. En cambio, encontraron discontinuidades en la señal de reflectancia observada, lo que indica que la conductividad eléctrica de la muestra estaba cambiando rápidamente, un signo de la separación de una mezcla de helio e hidrógeno. En este articulo publicado en 2011Sébastien Hamel, Miguel Morales y Eric Schwegler, científicos de LLNL, sugirieron usar los cambios en la reflexión óptica como una sonda para el proceso de desmezcla.
“Nuestros experimentos revelan evidencia experimental para una predicción a largo plazo: hay un rango de presiones y temperaturas en las que esta mezcla se vuelve inestable y se separa”, dijo Millot. “Esta transformación tiene lugar en condiciones de presión y temperatura cercanas a las necesarias para la transformación del hidrógeno en un líquido metálicoy la imagen intuitiva es que la metalización del hidrógeno provoca la desmezcla ».
La simulación numérica de este proceso de desmezcla es difícil debido a los sutiles efectos cuánticos. Estos experimentos son un punto de referencia crítico para la teoría numérica y las simulaciones. Mirando hacia el futuro, el equipo continuará refinando las medidas y extendiéndolas a otras composiciones a medida que continúan buscando comprender mejor los materiales en condiciones extremas.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore