A temperaturas de miles de grados centígrados y presiones miles de veces superiores a la atmosférica en la Tierra, la materia no se encuentra en estado sólido, líquido, gaseoso ni plasma. En estas condiciones, adquiere unas características muy particulares de alta densidad.

Se cree que este material denso extremadamente caliente, conocido por sus siglas WDM (del inglés warm dense matter), se halla tanto dentro de ciertas estrellas como de algunos de los planetas más grandes de de nuestro sistema solar y fuera de él.

En concreto, esta peculiar sustancia se encuentra en los gigantes helados como Neptuno y Urano y algunos exoplanetas. Su interior es muy similar: están constituidos por núcleos sólidos recubiertos por una amalgama de diferentes compuestos, principalmente formados por carbono e hidrógeno.

Los gigantes helados como Neptuno están formados por hielo, roca y gas | NASA/JPL

El corazón de los planetas, en un laboratorio

Aunque no es nada fácil, los científicos han logrado recrear en el laboratorio el entorno adecuado para poder estudiar el corazón de estos planetas a pequeña escala. Sin embargo, se trata de unas condiciones de presión y temperatura tan extremas que solo disponen de unos pocos segundos para observar los procesos que se dan en sus experimentos.

Los últimos en hacer un ensayo de este tipo ha sido un equipo liderado por investigadores alemanes, cuyos resultados se han publicado recientemente en la revista ‘Nature Communications’.

Para crear de forma controlada la materia densa y caliente, y estudiar su estructura, los expertos han utilizado un potente láser de rayos X del Laboratorio del Acelerador Nacional (SLAC) de la Universidad de Stanford (Estados Unidos).

En el interior de esta máquina, han bombardeado con pulsos de luz una muestra de plástico formado por átomos de carbono e hidrógeno. La alta energía logró comprimir el material enormemente. “Hemos producido 1,5 millones de bares, el equivalente a la presión ejercida por el peso de 250 elefantes africanos sobre la uña del pulgar”, ha explicado Dominik Kraus, autor principal del estudio. La radiación electromagnética también elevó la temperatura hasta 5.000 grados centígrados.

Aunque en el pasado ya habían conseguido recrear y medir este efecto en la muestra gracias a una técnica denominada difracción de rayos X, esta vez han optado por una estrategia diferente y mucho más precisa, midiendo la conocida como dispersión de Thomson.

De esta forma, los científicos pudieron confirmar que las altas temperaturas y presiones alcanzas eran similares a las encontradas a 10.000 kilómetros bajo la superficie de Neptuno.

Urano, fotografiado por la sonda Voyager 2 en 1986 | NASA/JPL

Lluvia de diamante

Además, los científicos pudieron observar que el plástico dio lugar a diamante. Las altas presiones consiguieron que los hidrocarburos se descompusiesen en sus elementos, hidrógeno y carbono. El efecto es parecido a conseguir devolver la mayonesa a sus ingredientes iniciales (aceite, vinagre, etc.).

El carbono producido se compactó para formar las estructuras de diamante que existen en el interior de los planetas, un fenómeno que el equipo de Kraus demostró por primera vez en el 2017. Como los diamantes son más pesados que el resto de materiales que les rodean, precipitan lentamente hacia el núcleo planetario en una especie de lluvia de diamante. Al desplazarse, friccionan con su entorno y generan calor, un factor importante en los modelos de simulación plantearía.

Los científicos planean aplicar las mismas técnicas de rayos X al tipo de hidrógeno puro comprimido característico del interior de estrellas pequeñas y a otras mezclas de compuestos de planetas gaseosos. Sus investigaciones permiten conocer más sobre los planetas de dentro y fuera del sistema solar y los métodos que utilizan pueden usarse para estudiar la fusión nuclear, que también ocurre a muy altas presiones.