Un láser de rayos X espía las atmósferas de Saturno y Júpiter

Usando un láser de rayos X, investigadores han logrado adentrarse profundamente en las capas bajas de la atmósfera de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno. Las observaciones de laboratorio un equipo encabezado por Ulf Zastrau, de la Universidad de Jena, revelan cómo el hidrógeno líquido se convierte en un plasma, y proporcionan información sobre la conductividad térmica del material y su intercambio de energía interna, que son ingredientes importantes para los modelos planetarios.


La atmósfera de los gigantes gaseosos se compone principalmente de hidrógeno, que es el elemento químico más abundante en el universo. "Tenemos muy poco conocimiento experimental sobre el hidrógeno en el interior de estos planetas", dice Zastrau . "Esto es a pesar de nuestros buenos modelos teóricos". Por tanto, los investigadores decidieron utilizar el hidrógeno líquido frío como una muestra de la atmósfera planetaria.

"El hidrógeno líquido tiene una densidad que se corresponde con la de la atmósfera inferior de tales planetas gaseosos gigantes", explica Zastrau. Los científicos usaron un láser de rayos X para calentar el hidrógeno líquido, de forma casi instantánea, desde menos 253 a alrededor de 12.000 grados centígrados y al mismo tiempo observar las propiedades del elemento durante el proceso de calentamiento.

El hidrógeno es el átomo más simple de la tabla periódica , que consta de un solo protón en el núcleo atómico, que es orbitado por un solo electrón. Normalmente, el hidrógeno se produce como una molécula que consta de dos átomos. El pulso de láser de rayos X calienta inicialmente sólo los electrones. Estos transfieren lentamente su energía a los protones, que son alrededor de 2.000 veces más pesados, hasta que se alcance un equilibrio térmico.

Los enlaces moleculares se rompen durante este proceso , y se forma un plasma de electrones y protones . Aunque este proceso tiene muchos miles de colisiones entre electrones y protones , los estudios mostraron que el equilibrio térmico se alcanza en menos de una billonésima de segundo, un picosegundo.

ASTROFÍSICA EN EL LABORATORIO

"Estamos llevando a cabo la astrofísica experimental de laboratorio", explica Zastrau. Hasta ahora, los investigadores se han basado en modelos matemáticos para describir el interior de los gigantes gaseosos como Júpiter. Parámetros importantes del modelo incluyen las propiedades dieléctricas de hidrógeno - por ejemplo, la conductividad térmica y eléctrica - que son cruciales para simular correctamente los flujos de calor masivos, dirigidas hacia el exterior, de los planetas gaseosos gigantes.

El estudio requiere una gran cantidad de esfuerzo , en parte porque el hidrógeno no exista normalmente en forma líquida en la Tierra. Con el fin de licuar el gas hidrógeno, lo primero debe ser enfriado a menos 253 grados Celsius. Utilizaron hidrógeno extremadamente puro y forzaron a través de un bloque de cobre que es enfriado por helio líquido. La temperatura debe ser controlada con mucha precisión durante este proceso. Si el hidrógeno se enfría demasiado, la línea se congela y bloquea. En tales casos , un pequeño calentador se utiliza para volver a licuar el hidrógeno cuando sea necesario.

Al final del bloque de cobre, una boquilla se proyecta en la cámara de vacío experimental. Desde su punta fluye un chorro fino de hidrógeno líquido con un diámetro de sólo un cincuentavo de un milímetro (20 micrómetros). Para conocer las propiedades de este líquido se proyectaron sobre el mismo pulsos de láser de rayos X.




Fuente: EP


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