Pensar en hielo a más de 2.000 grados Celsius parece una contradicción. A presión atmosférica, el agua se habría convertido en vapor mucho antes de alcanzar semejante temperatura. Sin embargo, cuando se somete a presiones extremas, su comportamiento cambia radicalmente.
Eso es precisamente lo que consiguió un equipo internacional de investigadores utilizando diminutas muestras de agua comprimidas entre diamantes y calentadas mediante láseres.
El experimento permitió observar una nueva estructura hexagonal compacta, conocida como hcp, dentro del denominado hielo superiónico, una fase extraordinaria del agua que combina características propias de un sólido y de un líquido.
Un hielo donde el hidrógeno puede moverse
El hielo superiónico no se comporta como el que encontramos en un congelador.
En esta fase, los átomos de oxígeno permanecen organizados formando una estructura cristalina, mientras que los núcleos de hidrógeno pueden desplazarse a través de ella con mucha mayor libertad. El resultado es un material que mantiene una especie de esqueleto sólido de oxígeno, pero en cuyo interior los protones se comportan parcialmente como un fluido.
Para recrear estas condiciones, los científicos utilizaron celdas de yunque de diamante, capaces de comprimir muestras microscópicas hasta presiones enormes. Posteriormente calentaron el material con láseres y utilizaron rayos X extremadamente brillantes para observar cómo se reorganizaban sus átomos.
Las pruebas abarcaron temperaturas de hasta 2.630 kelvins, unos 2.357 °C, y presiones de hasta 229 gigapascales.
Una estructura que aparecía en los modelos
Los investigadores observaron que, al alcanzar las condiciones superiónicas, comenzaba a aparecer una disposición de los átomos de oxígeno conocida como hexagonal compacta o hcp.
Por encima de aproximadamente 200 gigapascales y 1.800 kelvins, esta estructura se volvía dominante frente a otra configuración denominada cúbica centrada en las caras o fcc.
En una de las condiciones más extremas estudiadas, a 219 gigapascales y 2.630 kelvins, la señal correspondiente al hielo hcp dominaba claramente el patrón obtenido mediante difracción de rayos X.
La existencia de estructuras similares había sido planteada anteriormente mediante simulaciones teóricas, pero el nuevo trabajo aporta evidencia experimental directa bajo condiciones relevantes para los gigantes helados.
Un posible ingrediente del interior de Urano y Neptuno
El descubrimiento va mucho más allá de crear una forma extraña de hielo en un laboratorio.
Los científicos consideran que en las capas profundas de Urano y Neptuno podrían existir enormes cantidades de agua sometida a presiones y temperaturas similares.
Una de las grandes preguntas es cómo estas fases conducen electricidad. Como los protones pueden desplazarse a través de la estructura de oxígeno, el hielo superiónico puede presentar una elevada conductividad iónica. Esto podría ser importante para comprender los peculiares campos magnéticos de Urano y Neptuno, que se encuentran fuertemente inclinados respecto de sus ejes de rotación y desplazados respecto del centro de ambos planetas.
La nueva estructura hcp podría presentar propiedades mecánicas y eléctricas diferentes a las de otras fases conocidas del hielo superiónico, aunque esas características todavía deben ser medidas directamente.
El siguiente paso será precisamente estudiar su conductividad y otras propiedades físicas. Con esos datos, los científicos podrán determinar si esta extraña forma de hielo puede ayudar a explicar qué ocurre realmente miles de kilómetros bajo las nubes de Urano y Neptuno.
