Descubren un nuevo tipo de hielo en los exoplanetas helados
Un hallazgo que cambia lo que sabemos sobre los exoplanetas helados y acuáticos similares a los de sistemas como Trappist-1 y GJ 1214b
Un equipo internacional de investigadores ha identificado una nueva forma de hielo extremadamente rica en agua. Es capaz de formarse en las profundidades de los mantos helados de los exoplanetas. El hallazgo, publicado por científicos del Instituto de Mineralogía de la Universidad de Münster y el laboratorio DESY (Hamburgo), revela que los mantos de los planetas helados pueden albergar compuestos de agua y amoníaco mucho más complejos de lo que se creía.
Un “hielo” con seis moléculas de agua por cada amoníaco
El nuevo compuesto, denominado NH₃·6H₂O, es una forma de hidrato de amoníaco ultra rico en agua. Hasta ahora, solo se conocían tres tipos estables de estos hidratos: el monohidrato (NH₃·H₂O), el dihidrato (NH₃·2H₂O) y el hemihidrato (2NH₃·H₂O).
Sin embargo, los experimentos realizados a presiones de hasta 30 gigapascales (unas 300.000 veces la presión atmosférica de la Tierra) y temperaturas de 800 a 1.600 kelvin demostraron que el amoníaco y el agua pueden reaccionar. Forman así una estructura completamente nueva.
Este nuevo “hielo” se mantiene estable incluso cuando se enfría de nuevo a temperatura ambiente. Esto sugiere que podría existir en las capas profundas de los exoplanetas ricos en agua, como los del sistema TRAPPIST-1 o GJ 1214b.
Condiciones extremas, resultados sorprendentes
Los investigadores utilizaron celdas de yunque de diamante para reproducir las condiciones de los mantos de exoplanetas. Estas condiciones están entre una y dos veces la masa terrestre. Mediante técnicas avanzadas de difracción de rayos X y calentamiento láser, lograron observar una reacción significativa. Los hielos de agua (fase VII) reaccionaban con hidratos de amoníaco, dando lugar a una mezcla de tres fases estables:
- Ammonia dihydrate (ADH),
- el nuevo NH₃·6H₂O,
- y hielo VII.
Este descubrimiento desafía las suposiciones anteriores sobre la composición de los interiores planetarios. Se pensaba que estaban dominados por hidratos de amoníaco más ricos en nitrógeno.
Implicaciones para los exoplanetas acuáticos
La presencia de este nuevo tipo de hielo podría afectar la estructura interna y la evolución térmica de los planetas helados.
Los modelos del estudio sugieren que en planetas similares a TRAPPIST-1f, esta mezcla se estabilizaría a partir de unos 1.800 kilómetros de profundidad. A esa profundidad, las presiones y temperaturas son las adecuadas.
El contraste de densidad entre estos compuestos provoca que los hidratos de amoníaco, más ligeros, asciendan dentro del manto helado, generando afloramientos y capas químicamente diferenciadas.
Esta estratificación por flotabilidad puede incluir gradientes de concentración de amoníaco y afectar la estructura interna de los planetas, con presiones que oscilan entre 40 y 140 gigapascales, según la cantidad total de agua del planeta. Nota: La figura no está a escala.
Además, los investigadores advierten que los diferentes tipos de hielo tendrían densidades distintas. Esto podría provocar estratificación química dentro del manto y afectar fenómenos como:
- la convección interna (movimiento del material helado),
- la formación de campos magnéticos,
- y la pérdida o retención del calor interno del planeta.
En palabras del equipo, estos resultados “podrían explicar parte de la diversidad observada en la luminosidad y actividad magnética de los mundos acuáticos más allá del Sistema Solar”.
Un paso más para comprender los mundos helados
El estudio marca un avance importante en la mineralogía planetaria y en el conocimiento de las condiciones que reinan en el interior de los exoplanetas de tipo subneptuno.
Los autores concluyen que el descubrimiento de hidratos de amoníaco tan ricos en agua como el NH₃·6H₂O demuestra que la química de los mantos helados es mucho más diversa de lo que se creía. Abre nuevas líneas de investigación sobre cómo se forman, evolucionan y mantienen sus campos magnéticos los mundos helados del cosmos.
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