Alcune ricerche condotte in laboratorio hanno rivelato che negli strati profondi di pianeti come Giove e Saturno, dove si raggiungono elevatissimi livelli di temperatura e di pressione, si troverebbe inaspettatamente uno strato di idrogeno semimetallico opaco alla luce.
La scoperta contribuisce a spiegare come possono raffreddarsi ed evolvere i pianeti giganti.
Sulla superficie terrestre sperimentiamo un intervallo di pressioni e temperature che è solo una minima parte di ciò che si può trovare nell’universo. I composti a noi familiari possono comportarsi in modo molto diverso in alcuni degli ambienti che si trovano nelle profondità dei pianeti o sparsi in tutto il sistema solare.
I pianeti giganti gassosi sono particolarmente adatti a creare condizioni aliene e per noi quasi indescrivibili. Per esempio, si ipotizza da tempo che l’interno di Giove e quello di Saturno raggiungano pressioni tali che l’idrogeno assume il comportamento di un metallo liquido elettricamente conduttivo. Se si fanno i calcoli, si scopre infatti che la maggior parte della massa planetaria del sistema solare è in forma di idrogeno metallico. Il solo Giove può essere costituito da questa fase dell’idrogeno per una percentuale che può arrivare al 75 per cento. Il che è abbastanza sorprendente, e suggerisce scenari fantascientifici in cui gli alieni in visita ci classificano come “idrogeno essenzialmente metallico”.
Questa ipotesi si basa anche su modelli teorici degli stati estremi della materia, in cui le pressioni possono superare i 100 milioni di atmosfere. Per questo, simulare la pressione e la tempertatura interne di un pianeta gigante comprimendo l’idrogeno in laboratorio è una sfida enorme.
Un nuovo studio condotto da McWilliams e colleghi e pubblicato su “Physical Review Letters” fornisce alcuni dati interessanti. Utilizzando un’incudine di diamante riscaldata con impulsi laser, il gruppo è riuscito a testare il comportamento dell’idrogeno a pressioni fino a circa 1,5 milioni di atmosfere e temperature fino a 6.000 kelvin. L’esperimento ha permesso di accedere alle condizioni in cui l’idrogeno inizia la transizione da gas a metallo. Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che la transizione verso uno stato completamente metallico si verifica a pressioni e temperature molto più elevate del previsto. E durante tale transizione l’idrogeno non è solo conduttore in qualche misura, ma anche opaco alla luce visibile, mentre è ancora trasparente alle lunghezze d’onda infrarosse.
La conseguenza è che i pianeti come Giove e Saturno, sopra le loro zone di idrogeno metallico conduttore, dovrebbero effettivamente avere spessi strati interni di questo idrogeno “oscuro”. E la trasparenza agli infrarossi dell’idrogeno scuro può contribuire a spiegare in che modo il calore si disperde e in che modo questi, e altri, pianeti giganti possano raffreddarsi ed evolvere. Forse la scoperta di maggiore rilievo è che anche l’elemento più semplice nell’universo ha ancora qualche asso nella manica – se portato alle giuste condizioni.
Caleb A. Scharf
(La versione originale di questo articolo è apparsa su www.scientificamerican.com il 27 giugno. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati).