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Reproducida la formación de hielo extraterrestre en tiempo real

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Investigadores de la Universidad de Stanford han capturado por primera vez la congelación del agua en una forma extraña y densa llamada hielo VII, que se encuentra naturalmente en ambientes de otro mundo.

Además de ayudar a los científicos a comprender mejor esos mundos remotos, los hallazgos --publicados en 'Physical Review Letters'-- podrían revelar cómo el agua y otras sustancias experimentan transiciones de líquidos a sólidos. Aprender a manipular esas transiciones podría abrir el camino algún día al diseño de materiales con nuevas propiedades exóticas.

"Estos experimentos con el agua son los primeros de su tipo, lo que nos permite ser testigos de un trastorno fundamental a la transición de orden en una de las moléculas más abundantes en el universo", afirma la autora principal del estudio Arianna Gleason, investigadora postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Álamos y científico visitante en el Laboratorio de Entornos Extremos de la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford.

Los científicos han estudiado durante mucho tiempo cómo los materiales sufren cambios de fase entre los estados de gas, líquido y sólido, pero los cambios de fase pueden ocurrir rápidamente y en la diminuta escala de meros átomos.

"Lo que nuestro nuevo estudio demuestra, y no se ha hecho antes, es la capacidad de ver la estructura del hielo en tiempo real"

La investigación anterior ha intentado capturar la acción momento a momento de las transiciones de fase, pero trabajado hacia atrás a partir de sólidos estables en la reconstrucción de los pasos moleculares adoptados por los líquidos predecesores.

"Ha habido un gran número de estudios sobre el hielo porque todo el mundo quiere entender su comportamiento --afirma Wendy Mao, profesora asociada de Ciencias Geológicas e investigadora principal del Instituto de Stanford para Materiales y Ciencias de la Energía (SIMES, por sus siglas en inglés)--. Lo que nuestro nuevo estudio demuestra, y no se ha hecho antes, es la capacidad de ver la estructura del hielo en tiempo real".

Atrapar el hielo en el acto

Esas escalas de tiempo fueron posibles gracias a la 'Linac Coherent Light Source', el láser de rayos X más poderoso del mundo ubicado en el cercano 'SLAC National Accelerator Laboratory'.

El cambio de fase duró sólo 6.000 millonésimas de segundo, o nanosegundos. Sorprendentemente, durante este proceso, las moléculas de agua se unieron en forma de varilla, y no esferas, como predice la teoría

Allí, el equipo científico emitió un intenso láser de color verde en un pequeño objetivo que contenía una muestra de agua líquida. El láser instantáneamente vaporizó capas de diamante en un lado del objetivo, generando una fuerza similar a un cohete que comprimía el agua a presiones que excedían 50,000 veces la de la atmósfera de la Tierra al nivel del mar.

A medida que el agua se compactó, un haz separado de un instrumento llamado láser de rayos X de electrones libres llegó en una serie de pulsos brillantes sólo un femtosegundo. Al igual que los flashes de la cámara, este láser de rayos X estroboscópico disparó un conjunto de imágenes que revelan la progresión de los cambios moleculares, mientras que el agua presurizada cristalizó en hielo VII.

El cambio de fase duró sólo 6.000 millonésimas de segundo, o nanosegundos. Sorprendentemente, durante este proceso, las moléculas de agua se unieron en forma de varilla, y no esferas, como predice la teoría. La plataforma desarrollada para este estudio, combinando alta presión con imágenes de instantáneas, podría ayudar a los investigadores a estudiar la multitud de maneras en que el agua se congela, dependiendo de la presión y la temperatura.

Bajo las condiciones de la superficie de nuestro planeta, el agua se cristaliza de una sola manera, denominada hielo Ih ("ice one-H") o simplemente "hielo hexagonal", ya sea en glaciares o cubetas de hielo en el congelador.

La investigación sobre los tipos de hielo extraterrestre, incluyendo el hielo VII, ayudará a los científicos a modelar ambientes tan remotos como los impactos de cometas, las estructuras internas de lunas potencialmente sustentadoras y llenas de agua como Europa de Júpiter y la dinámica de exoplanetas gigantescos, rocosos y oceánicos llamados super -Tierras.

"Cualquier satélite helado o interior planetario está íntimamente conectado a la superficie del objeto", explica Gleason. "Aprender acerca de estos interiores helados nos ayudará a entender cómo se formaron los mundos en nuestro sistema solar y cómo al menos uno de ellos, hasta donde sabemos, llegó a tener todas las características necesarias para la vida", concluye.

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09/08/2018 · Agro · 64 0

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