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Composti ‘esotici’ per Urano e Nettuno


Un modello al computer ideato dallo Skoltech di Mosca ha rivelato quali molecole sono presenti nelle profondità dei due giganti minori del Sistema Solare.


Un team di scienziati dello Skoltech di Mosca ha utilizzato un modello al computer per indagare quali molecole possono trovarsi all’interno di Urano e Nettuno. Lo studio, pubblicato su Scientific Report, mostra che alle alte pressioni tipiche degli strati più profondi di questi pianeti, si formano composti molecolari e polimeri esotici come acido carbonico e ortocarbonico.

“Urano e Nettuno sono costituiti in gran parte da carbonio, idrogeno e ossigeno – ha commentato Artem Oganov, autore principale dello studio –  La sorpresa riguarda la presenza di composti rilevati all’interno dei pianeti ad una temperatura di alcuni milioni di gradi. Il nucleo di questi corpi celesti potrebbe quindi essere in gran parte costituito da materiali esotici”.

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Il team di Ortov ha sviluppato USPEX (Universal Struttura Predictor: Evolutionary Xtallography), un algoritmo in grado di identificare la struttura cristallina dei composti. Nel corso della ricerca, gli scienziati si sono serviti di questo metodo per scoprire quali tipi di sostanze possono essere stabili se sottoposte ad alte pressioni: tra queste, diversi tipi sconosciuti di sali e ossidi di magnesio, silicio e alluminio. I ricercatori moscoviti si sono focalizzati sul comportamento del sistema carbonio-idrogeno e ossigeno ad alta pressione, di fondamentale importanza nei processi chimici che interessano gli esopianeti.

Gli scienziati sapevano già che sotto la pressione atmosferica tutti i composti di carbonio, idrogeno e ossigeno – ad eccezione di metano, acqua e biossido di carbonio – sono termodinamicamente instabili. All’aumentare della pressione, acqua e anidride carbonica sono stabili, mentre il metano a pressioni superiori a 93 Gigapascals (GPa) inizia a decomporsi formando idrocarburi pesanti quali etano, butano e polietilene.

orthocarboni

Il metano e l’idrogeno molecolare interagiscono se sottoposti a una pressione pari a 4 GPa e formano una struttura cristallina, mentre a 6 GPa si formano gli idrati, composti principalmente da metano e acqua. Partendo da queste basi, i ricercatori hanno testato tutti i composti stabili fino ad un range di pressione pari a 400 GPa: il risultato è stata la scoperta di nuove sostanze tra le quali un clatrato di idrogeno molecolare e metano che è stabile nell’intervallo che va  tra i 10 e i 215 GPa.

Un’ulteriore scoperta riguarda l’acido carbonico risultato termodinamicamente stabile ad una pressione superiore a 0,95 GPa. Si tratta di un esito sorprendente, dato che la sostanza è molto instabile in normali condizioni e necessita di acidi forti per la sua sintesi che possono esistere solo nel vuoto, a temperature estremamente basse. Secondo il parere dei ricercatori, alla luce delle nuove rivelazioni di questo studio, è possibile che nel nucleo di Urano e Nettuno possano trovarsi quantità significative di acido carbonico e ortocarbonico.

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