Lluvia de diamantes en planetas gigantes: ¡más común de lo que creíamos!

Un reciente estudio descubrió que la "lluvia de diamantes", un tipo exótico de precipitación hipotética desde hace mucho tiempo en los planetas gigantes de hielo, podría ser más común de lo que se pensaba anteriormente.

En un experimento previo, los investigadores imitaron las temperaturas y presiones extremas que se encuentran en las profundidades de los gigantes de hielo Neptuno y Urano y, por primera vez, observaron la lluvia de diamantes mientras se formaba.

Ahora, los científicos han podido probar lo que ocurre a miles de millones de kilómetros en algo tan sencillo como una simple botella de plástico.

Más aún, han ideado una nueva forma de recrear algo parecido a esa 'lluvia' de pequeños diamantes que ocurre en el interior de esos planetas y recolectarlos para aplicaciones que pueden ser la base de futuros tratamientos médicos o de los prometedores ordenadores cuánticos.

Una imagen más completa de cómo se forma la lluvia de diamantes

Al investigar este proceso en un nuevo material que se parece más a la composición química de Neptuno y Urano, los científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y sus colegas descubrieron que la presencia de oxígeno hace que la formación de diamantes sea más probable, lo que les permite formarse y crecer en una gama más amplia de condiciones y en más planetas.

El nuevo estudio proporciona una imagen más completa de cómo se forma la lluvia de diamantes en otros planetas y, aquí en la Tierra, podría conducir a una nueva forma de fabricar nanodiamantes, que tienen una amplia gama de aplicaciones en la administración de fármacos, sensores médicos, cirugía no invasiva, fabricación sostenible y electrónica cuántica.

El uso de plástico

En el experimento anterior, los investigadores estudiaron un material plástico hecho de una mezcla de hidrógeno y carbono, componentes clave de la composición química general de Neptuno y Urano. Pero además de carbono e hidrógeno, los gigantes de hielo contienen otros elementos, como grandes cantidades de oxígeno.

En el experimento más reciente, los investigadores utilizaron plástico PET, a menudo utilizado en envases de alimentos, botellas y recipientes de plástico, para reproducir la composición de estos planetas con mayor precisión.

“PET tiene un buen equilibrio entre carbono, hidrógeno y oxígeno para simular la actividad en los planetas de hielo”, dijo Dominik Kraus, físico Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf y profesor de la Universidad de Rostock en Alemania.

El oxígeno, el mejor amigo del diamante

Los investigadores utilizaron un láser óptico de alta potencia en el instrumento Materia en condiciones extremas (MEC) en la fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC para crear ondas de choque en el PET. Luego, probaron lo que sucedió en el plástico con pulsos de rayos X de LCLS.

Usando un método llamado difracción de rayos X, observaron cómo los átomos del material se reorganizaban en pequeñas regiones de diamantes. Al mismo tiempo, utilizaron otro método llamado dispersión de ángulo pequeño, que no se había utilizado en el primer artículo, para medir qué tan rápido y grande crecían esas regiones. Usando este método adicional, pudieron determinar que estas regiones de diamantes crecieron hasta unos pocos nanómetros de ancho. Descubrieron que, con la presencia de oxígeno en el material, los nanodiamantes podían crecer a presiones y temperaturas más bajas que las observadas anteriormente.

"El efecto del oxígeno fue acelerar la división del carbono y el hidrógeno y así fomentar la formación de nanodiamantes”, dijo Kraus. “Significaba que los átomos de carbono podían combinarse más fácilmente y formar diamantes”.

Diamantes en bruto

La investigación también indica un camino potencial para la producción de nanodiamantes mediante la compresión por choque impulsada por láser de plásticos PET baratos. Si bien ya están incluidas en abrasivos y agentes de pulido, en el futuro, estas pequeñas gemas podrían usarse para sensores cuánticos, agentes de contraste médicos y aceleradores de reacción para energía renovable.

“La forma en que se fabrican los nanodiamantes actualmente es tomando un montón de carbono o diamante y haciéndolos estallar con explosivos”, dijo el científico y colaborador de SLAC, Benjamin Ofori-Okai. “Esto crea nanodiamantes de varios tamaños y formas y es difícil de controlar. Lo que estamos viendo en este experimento es una reactividad diferente de la misma especie bajo alta temperatura y presión.

En algunos casos, los diamantes parecen formarse más rápido que en otros, lo que sugiere que la presencia de estos otros químicos puede acelerar este proceso. La producción con láser podría ofrecer un método más limpio y más fácil de controlar para producir nanodiamantes. Si podemos diseñar formas de cambiar algunas cosas sobre la reactividad, podemos cambiar la rapidez con la que se forman y, por lo tanto, el tamaño que adquieren”.