În adâncurile giganților de gheață ai sistemului solar – Uranus și Neptun – se ascunde ceva care nu se încadrează în ideile obișnuite despre cum ar trebui să se comporte materia. Cercetătorii care studiază condițiile din interiorul acestor lumi îndepărtate au descoperit semne ale unei substanțe ciudate care se comportă ca un hibrid de solid și lichid. Această descoperire ar putea explica în sfârșit de ce câmpurile magnetice ale lui Uranus și Neptun sunt atât de „deformate” – spre deosebire de cele ale Pământului, ele sunt înclinate și deplasate față de centrul planetelor.
Inima uriașului de îngheț
Accentul cercetătorilor s-a pus pe hidrură de carbon, un compus aparent simplu. Dar sub presiunea monstruoasă a adâncurilor cosmice, ceva neobișnuit începe să i se întâmple.
Kong Liu și Ronald Cohen de la Universitatea din Minnesota s-au concentrat pe așa-numita „gheață fierbinte” – straturi îngropate sub grosimea hidrogenului și a heliului în adâncurile lui Uranus și Neptun. În aceste zone, temperaturile ajung la 4000–6000 kelvin, iar presiunile variază între 500 și 3000 gigapascali. Aceasta este de milioane de ori mai mare decât presiunea atmosferică de pe Pământ.
În astfel de condiții extreme, chimia normală nu mai funcționează. Folosind simulări cuantice și inteligență artificială, echipa a descoperit că hidrura de carbon formează o structură hexagonală rigidă. Dar cel mai uimitor lucru se întâmplă în interiorul acestei structuri.
Spirală în loc de haos
Atomii de hidrogen din această rețea cristalină nu se mișcă aleatoriu în toate direcțiile așa cum s-ar putea aștepta. Ei urmează trasee spiralate clare, elicoidale prin cadrul de carbon. Aceasta nu este o mișcare tridimensională în sensul obișnuit. Hidrogenul se deplasează de-a lungul unor traiectorii sinuoase strict definite încorporate în structura ordonată de carbon.
Ronald Cohen descrie acest fenomen: "Ceea ce este deosebit de izbitor la această fază prezisă carbon-hidrogen este că mișcarea atomică nu este complet tridimensională. În schimb, hidrogenul se mișcă predominant pe căi elicoidale bine definite încorporate în structura ordonată a carbonului".
Această stare a materiei poate fi numită „superionică” – un hibrid de solid și lichid, în care atomii grei formează o rețea cristalină și ionii ușori curg liber prin ea. Dar aici, spre deosebire de stările superionice cunoscute, fluxul nu se desfășoară haotic, ci de-a lungul traiectoriilor spiralate.
Rezolvarea anomaliei magnetice
Uranus și Neptun au nedumerit de mult oamenii de știință. Câmpurile lor magnetice, spre deosebire de cele ale Pământului, nu sunt dipoli relativ simetrici situati în centrul planetei. Sunt foarte înclinate și decalate. Până acum, nu a existat o explicație convingătoare pentru acest fenomen.
Starea superionică descoperită a hidrurii de carbon poate fi un indiciu. Mișcarea în spirală a atomilor de hidrogen pe care o prezice modelul schimbă dramatic modul în care căldura și electricitatea curg prin interiorul planetei. Deoarece câmpul magnetic este generat de mișcarea fluidului conductor electric în miez, orice modificare a naturii acestei mișcări va afecta câmpul.
Dacă există zone vaste în interiorul lui Uranus și Neptun unde carbonul și hidrogenul se află în această stare superionică ciudată în spirală, acest lucru ar putea crea fluxuri asimetrice de particule încărcate. Aceste fluxuri asimetrice sunt cele care dau naștere câmpurilor magnetice înclinate și deplasate observate în jurul acestor planete.
Carbonul în interiorul planetelor
Kong Liu notează importanța acestei descoperiri: „Carbonul și hidrogenul sunt printre cele mai abundente elemente din materialele planetare, dar comportamentul lor combinat în mediul planetelor gigantice rămâne departe de a fi pe deplin înțeles.”
Un studiu publicat în revista Nature Communications arată că interioarele giganților de gheață pot fi mult mai haotice și mai complexe decât se credea anterior. Ceea ce se întâmplă la mii de kilometri sub vârfurile norilor ale lui Uranus și Neptun afectează direct proprietățile lor globale, inclusiv câmpurile magnetice misterioase.
Întrebarea care rămâne fără răspuns nu este dacă această stare ciudată a materiei există. Simulările cuantice arată în mod concludent că trebuie să existe. Întrebarea este cât de departe se extind aceste zone de stare superionică spirală în interiorul planetelor și ce alt rol joacă ele în dinamica giganților de gheață. Și dacă astfel de stări extreme sunt posibile în interiorul planetelor, ar putea materia să se comporte în mod similar în alte medii chiar mai exotice ale Universului – de exemplu, în interiorul piticelor albe sau stelelor neutronice?
