Nieznany nauce stan skupienia materii na Uranie i Neptunie
Badania opierają się na zaawansowanych symulacjach komputerowych przeprowadzonych przez zespół naukowców z Carnegie Institution for Science. Wykorzystując założenia fizyki kwantowej oraz uczenie maszynowe, badacze analizowali zachowanie prostych związków chemicznych w warunkach panujących we wnętrzach lodowych olbrzymów. Chodzi o środowisko o ciśnieniu miliony razy większym niż ziemskie oraz temperaturach liczonych w tysiącach stopni.
Czytaj też: Słoneczna soczewka grawitacyjna. NASA rozważa misję, która zmieniłaby nasze spojrzenie na egzoplanety
Największe zainteresowanie uczonych wzbudziła szczególna forma związku węgla i wodoru, wodorku węgla, który w takich ekstremalnych warunkach przyjmuje nietypową strukturę. Zamiast zachowywać się jak zwykły materiał, tworzy uporządkowaną sieć krystaliczną z atomów węgla, wewnątrz której atomy wodoru poruszają się wzdłuż spiralnych, niemal jednowymiarowych ścieżek.
To właśnie ten ruch decyduje o wyjątkowości odkrytego stanu. Materiał ten określany jest jako superjonowy, a więc łączący cechy ciała stałego oraz cieczy. Jedna część jego struktury pozostaje sztywna i uporządkowana, podczas gdy druga porusza się swobodnie, przewodząc energię i ładunek elektryczny. W tym przypadku jednak zjawisko jest jeszcze bardziej niezwykłe: ruch atomów nie odbywa się we wszystkich kierunkach, lecz głównie wzdłuż określonych, spiralnych torów.
Cenna lekcja nie tylko dla badaczy zajmujących się Układem Słonecznym
Wnętrza Urana i Neptuna od dawna uznawane są za jedne z najbardziej tajemniczych miejsc w Układzie Słonecznym. Wiadomo, że pod ich atmosferami znajduje się warstwa zbudowana z wody, metanu i amoniaku, która oddziela gazową powłokę od skalistego jądra. Jednak w takich warunkach materia nie zachowuje się w sposób znany z Ziemi. Zamiast tego przechodzi w egzotyczne stany skupienia, które dopiero zaczynamy rozumieć.
Nowo przewidziany stan może mieć ogromne znaczenie dla wyjaśnienia jednego z największych fenomenów związanych z tymi planetami, czyli ich nietypowych pól magnetycznych. W przeciwieństwie do Ziemi, gdzie pole magnetyczne jest stosunkowo stabilne i symetryczne, w przypadku Urana i Neptuna są one chaotyczne oraz przesunięte względem osi obrotu. Naukowcy podejrzewają, iż właśnie obecność takich nietypowych, przewodzących warstw materii wewnątrz planet może odpowiadać za te anomalie.
Czytaj też: To najstarsza gwiazda, jaką widział świat astronomii. Ma skład, o którym krążyły teorie
Nowe ustalenia będą odnosiły się także do realiów spoza Układu Słonecznego, wszak znamy już tysiące planet pozasłonecznych, z których wiele przypomina Urana i Neptuna pod względem masy czy składu. Zrozumienie, jak zachowuje się materia w ich wnętrzach, może pomóc w interpretacji danych obserwacyjnych oraz w budowaniu modeli ich powstawania i ewolucji.
Źródło: Eureka Alert, Nature Communications
