Solido, liquido, gassoso. E poi? Un gruppo di ricercatori ha previsto l’esistenza di un nuovo stato della materia che potrebbe cambiare radicalmente la comprensione di cosa succede nelle viscere dei pianeti giganti sparsi per l’universo. Non si tratta di una curiosità accademica destinata a finire dimenticata tra le pagine di qualche rivista scientifica: questa scoperta tocca direttamente il modo in cui gli atomi di carbonio e idrogeno si comportano quando vengono sottoposti a pressioni superiori a 1.000 gigapascal, condizioni che esistono nel cuore di enormi esopianeti.
Il punto è affascinante e un po’ vertiginoso. Gli atomi di carbonio formano strutture rigide a spirale, una sorta di cavatappi molecolari. Nel frattempo gli atomi di idrogeno scivolano e ruotano lungo un singolo asse, come automobili incolonnate in una corsia preferenziale. Il risultato è quello che i ricercatori chiamano “stato superionico quasi unidimensionale”: un materiale capace di condurre elettricità e calore come un’autostrada in una direzione, ma che blocca quasi tutto nella direzione perpendicolare. Per rendere l’idea, è come avere una fibra ottica ultraveloce da un lato e una connessione lentissima dall’altro. Tutto nello stesso materiale.
“Questa fase carbonio/idrogeno appena prevista è particolarmente sorprendente perché il moto atomico non è pienamente tridimensionale”, ha spiegato il dottor Ronald Cohen, che ha lavorato con i colleghi Cong Liu e Jian Sun a questo studio computazionale. La ricerca, pubblicata su Nature Communications nel marzo di quest’anno, si basa su simulazioni che mostrano come questo comportamento esotico emerga quando materiali familiari vengono esposti a condizioni estreme che farebbero sembrare una cella a incudine di diamante uno strumento quasi delicato.
Cosa significa per i pianeti giganti e i loro campi magnetici
La faccenda diventa ancora più interessante quando si guarda al contesto planetario. “Carbonio e idrogeno sono tra gli elementi più abbondanti nei materiali planetari, eppure il loro comportamento combinato nelle condizioni tipiche dei pianeti giganti resta lontano dall’essere compreso pienamente”, ha dichiarato il dottor Liu. Le pressioni necessarie per generare questo nuovo stato della materia superano quelle presenti all’interno di Nettuno o Urano, ma esopianeti più massicci, i cosiddetti sub Nettuno di grandi dimensioni, potrebbero ospitare questa materia esotica nei loro nuclei.
Le proprietà di trasporto direzionale di questo stato potrebbero influenzare il modo in cui questi mondi generano i propri campi magnetici, dando vita a ambienti magnetici planetari completamente diversi da qualsiasi cosa osservata nel nostro sistema solare. È un po’ come ingegneria elettrica su scala cosmica: l’architettura interna del pianeta determina, di fatto, la sua “personalità” magnetica.
Va detto con chiarezza: per ora si tratta di una previsione computazionale che attende conferma in laboratorio. I ricercatori stessi riconoscono il divario tra simulazione e realtà. Il prossimo passo saranno esperimenti con incudini di diamante capaci di ricreare queste pressioni mostruose.
La scoperta amplia il catalogo degli stati esotici della materia conosciuti, dimostrando che l’universo segue regole che fanno sembrare la fisica quotidiana piuttosto elementare. Man mano che i telescopi spaziali individuano nuovi esopianeti, comprendere queste proprietà diventa fondamentale per interpretare ciò che viene osservato a anni luce di distanza.