کشف حالت عجیب ماده در اورانوس: ترکیبی از جامد و مایع با حرکات اتمی مارپیچی

راز هیدرید کربن و «برف داغ»

این پدیده مرموز حول ترکیب شیمیایی هیدرید کربن می‌چرخد. این ترکیب تحت فشار بسیار زیاد در اعماق فضا، رفتاری غیرمعمول از خود نشان داده و به ترکیبی تبدیل شده که همزمان خواص جامدات و مایعات را داراست.

محققان، کونگ لیو و رونالد کوهن، تمرکز خود را بر روی لایه‌هایی که به عنوان «برف داغ» شناخته می‌شوند، معطوف کرده‌اند. این لایه‌ها در زیر مقادیر عظیمی از گازهای هیدروژن و هلیوم دفن شده‌اند و شرایط بسیار خاصی دارند:

• دما: ۴۰۰۰ تا ۶۰۰۰ کلوین (معادل ۳۷۲۷ تا ۵۷۲۷ درجه سانتیگراد)
• فشار: ۵۰۰ تا ۳۰۰۰ گیگاپاسکال (میلیون‌ها برابر فشار اتمسفر زمین)

در چنین شرایطی، شیمی مرسوم و شناخته‌شده کاملاً بی‌اثر می‌شود و مواد رفتارهای غیرمنتظره‌ای از خود نشان می‌دهند.

حرکات مارپیچی اتم‌های هیدروژن

تیم تحقیقاتی با استفاده از شبیه‌سازی‌های کوانتومی پیچیده و تکنیک‌های هوش مصنوعی، دریافت که هیدرید کربن یک ساختار شش ضلعی سفت و منظم را تشکیل می‌دهد. نکته شگفت‌انگیز در این ساختار، حرکت اتم‌های هیدروژن است. به جای حرکت تصادفی، این اتم‌ها مسیرهای دقیق و مارپیچی‌مانندی را در میان اتم‌های کربن پایدار دنبال می‌کنند.

دکتر رونالد کوهن در مورد این کشف اظهار داشت: «این حالت جدیدی که ما برای کربن و هیدروژن پیش‌بینی کردیم، به ویژه هیجان‌انگیز است، زیرا حرکت اتمی کاملاً سه‌بعدی نیست. در عوض، هیدروژن ترجیحاً در امتداد مسیرهای مارپیچی کاملاً تعریف‌شده‌ای که در یک ساختار کربنی منظم جاسازی شده‌اند، حرکت می‌کند.»

توضیح میدان‌های مغناطیسی نامنظم اورانوس و نپتون

محققان بر این باورند که این حالت «شبه یونی» می‌تواند توضیحی قانع‌کننده برای میدان‌های مغناطیسی نامنظم و غیرعادی اورانوس و نپتون ارائه دهد. برخلاف زمین که میدان مغناطیسی مرکزی و پایداری دارد، میدان‌های مغناطیسی اورانوس و نپتون کج شده و در مرکز سیاره قرار ندارند.

از آنجایی که این اتم‌های مارپیچی جریان گرما و الکتریسیته را از طریق هسته سیاره تغییر می‌دهند، احتمالاً نیروی پنهان و نادیده پشت این پدیده‌های کیهانی عجیب هستند.

کونگ لیو، محقق این مطالعه، افزود: «کربن و هیدروژن از فراوان‌ترین عناصر در مواد سیاره‌ای هستند، با این حال رفتار ترکیبی آنها در شرایط سیارات غول‌پیکر هنوز به طور کامل درک نشده است. این کشف، دری را برای سوالات بیشتر و مطالعات آینده باز می‌کند.»