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Artículo publicado por Eric Hand el 16 de diciembre de 2015 en Science News

Usando uno de los láseres más potentes del mundo, los físicos han hallado pruebas experimentales de “lluvias” de helio en Saturno, un fenómeno en el cual una mezcla de hidrógeno y helio líquido se separan como agua y aceite, enviando gotitas de helio a las profundidades de la atmósfera del planeta. El resultado demuestra el amplio rango de abrasadoras temperaturas y altísimas presiones a las que tiene lugar, pero también sugiere que una lluvia de helio también podría estar cayendo sobre Júpiter, donde tal comportamiento es algo completamente inesperado.

Impacto del láser contra el diamante

Impacto del láser contra el diamante Crédito: Eugene Kowaluk

“Hemos mostrado la primera prueba experimental en condiciones relevantes para Júpiter y Saturno”, señala Gilbert Collins, físico de materia extrema en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en Livermore, California. “Es una sorpresa que [esto] suceda a lo largo de un amplio régimen de temperaturas y densidades”. Collins describió los resultados en una charla en la reunión de la Unión Geofísica Americana en San Francisco, California.

Saturno tiene un 50% más de brillo de lo que debería tener un planeta en enfriamiento normal. Una forma de explicar esto es a través del comportamiento de su masiva envoltura de gases de hidrógeno y helio. Cuando aumentan las temperaturas y presiones en el interior del planeta, los gases se hacen líquidos. A niveles aún inferiores, el hidrógeno líquido se convierte en un conductor eléctrico, mientras que el helio líquido permanece mezclado. Pero una vez que las condiciones superan cierto umbral de presiones y temperaturas, el helio líquido se espera que caiga fuera de la mezcla. De acuerdo con la teoría, este helio líquido forma gotitas de “lluvia” que cae hacia el núcleo de Saturno, liberando energía potencial gravitatoria que hace que Saturno sea más luminoso.

Los teóricos han supuesto que esto no podía suceder en Júpiter, que está a mayor temperatura que Saturno. Este calor extra se cree que agita la mezcla de helio e hidrógeno con mayor vigor, evitando que el helio caiga en forma de lluvia. Las teorías han sugerido lluvias de helio en Saturno desde mediados de la década de 1970, pero se carecía de pruebas experimentales.

Las pruebas ya han llegado. Collins y sus colegas usaron el láser OMEGA del Laboratorio para Láseres Energéticos de la Universidad de Rochester en Nueva York, que puede producir pulsos de 40 kilojoules de intensa luz durante un nanosegundo. Primero colocaron una mezcla de hidrógeno y helio entre dos cristales de diamante, comprimiendo la mezcla hasta convertirla en un líquido. Luego dispararon el láser a través de uno de los diamantes de yunque — evaporando inmediatamente el diamante y enviando ondas de choque que comprimieron aún más la mezcla. A cierto umbral de temperatura y presión, los científicos notaron un acusado aumento en la conductividad de la mezcla — un signo de que el helio se había separado de la sopa y sólo quedaba en hidrógeno metálico altamente conductor.

“Esto nos llevó a pensar: está pasando algo aquí. Parece que está pasando algo raro con la conductividad”, apunta Marius Millot, físico en el LLNL y miembro del equipo. Millot dice que se necesitaron 5 años y 300 disparos láser para esbozar la transición de fase entre temperaturas de 3000 y 20 000 kelvins, y presiones de entre 30 y 300 gigapascales. Encontraron que la separación tuvo lugar mucho más a menudo de lo que se esperaba — incluso a temperaturas y presiones que se encontrarían en Júpiter, comenta. “Todos pensaban que esto sólo se daba en Saturno”, explica. “Lo que hemos encontrado es que podría darse en ambos planetas. La evolución de estos planetas puede haberse visto drásticamente influida por esta separación”.

Los resultados son “inesperados” y “emocionantes”, explica Sarah Stewart, científica planetaria en la Universidad de California, en Davis, que no estuvo implicada en el estudio. Aunque la confirmación experimental de las lluvias de helio en Saturno es reconfortante, dice, el hecho de que pueda suceder en Júpiter crea un espinoso problema para los teóricos. “Ciertamente esto pone nerviosos a todos”, apunta. “Si tiene lugar en Júpiter, no tenemos un modelo completo de la evolución de los planetas gigantes”.

Pero los resultados de OMEGA pueden no darse en el mundo real. Sus medidas entran en conflicto a menudo con las de la máquina Z del Laboratorio Nacional Sandia, que puede realizar unos experimentos similares de alta presión. “Es un reflejo de lo difícil que es realizar experimentos en estos rangos”, explica Stewart, que añade que buscará confirmación de los nuevos resultados en la máquina Z.

David Stevenson, científico planetario del Instituto Tecnológico de California, en Pasadena y uno de los teóricos que propuso originalmente el mecanismo de la lluvia de helio, dijo en un correo electrónico que siempre es bueno lograr la confirmación experimental de una teoría. Pero la forma en la que los resultados de OMEGA encajan con sus predicciones realizadas en la década de 1970, “debe ser una coincidencia”, bromea.

Stewart dice que el estudio debería ayudar a la misión Juno de la NASA a lograr mejores modelos de las capas interiores de Júpiter, una vez que la nave llegue a la órbita del planeta alredeor de julio de 2016.

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