Mercurio, el planeta más pequeño del Sistema Solar y el más cercano al Sol, podría esconder bajo su superficie una capa de diamantes de hasta 18 kilómetros de espesor, según una nueva investigación.
Los diamantes podrían haberse formado poco después de que Mercurio se convirtiera en planeta, hace unos 4.500 millones de años, a partir de una nube arremolinada de polvo y gas, en el crisol de un entorno de alta presión y alta temperatura. En ese momento, se cree que el incipiente planeta tenía una corteza de grafito que flotaba sobre un profundo océano de magma.
Un equipo de investigadores recreó ese ambiente abrasador en un experimento, con una máquina llamada prensa de yunque que normalmente se utiliza para estudiar cómo se comportan los materiales bajo presiones extremas, pero también para la producción de diamantes sintéticos.
“Se trata de una prensa enorme que nos permite someter muestras diminutas a la misma presión y temperatura elevadas que esperaríamos encontrar en las profundidades del manto de Mercurio, en el límite entre el manto y el núcleo”, explica Bernard Charlier, director del departamento de geología de la Universidad de Lieja en Bélgica y coautor de un estudio que recoge los resultados.
El equipo introdujo una mezcla sintética de elementos (como silicio, titanio, magnesio y aluminio) en una cápsula de grafito, imitando la composición teórica del interior de Mercurio en sus inicios. A continuación, los investigadores sometieron la cápsula a presiones casi 70.000 veces superiores a las de la superficie terrestre y a temperaturas de hasta 2.000 °C (3.630 °F), reproduciendo las condiciones que probablemente se dieron cerca del núcleo de Mercurio hace miles de millones de años.
Una vez fundida la muestra, los científicos observaron los cambios químicos y minerales en un microscopio electrónico y observaron que el grafito se había convertido en cristales de diamante.
Este mecanismo, afirman los investigadores, no sólo puede darnos más información sobre los secretos ocultos bajo la superficie de Mercurio, sino sobre la evolución planetaria y la estructura interna de exoplanetas con características similares.
Mercurio debe su superficie gris a la presencia generalizada de grafito, que es una forma de carbono. Los investigadores recrearon las altas temperaturas y la presión extremas del entorno primitivo del planeta para averiguar si el carbono podría haberse transformado en cristales de diamante. Crédito: NASA/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Institución Carnegie de Washington
Mercurio misterioso
Mercurio es el segundo planeta más denso después de la Tierra. Un gran núcleo metálico ocupa el 85% del radio de Mercurio, y es también el menos explorado de los planetas terrestres del sistema solar. La última misión completada a Mercurio, llamada MESSENGER de la NASA, orbitó el planeta entre marzo de 2011 y abril de 2015. También conocida como la misión Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging, recopiló datos sobre la geología, la química y el campo magnético del planeta, antes de que la nave espacial se quedara sin combustible e impactara contra la superficie.
“Sabemos que hay mucho carbono en forma de grafito en la superficie de Mercurio, pero hay muy pocos estudios sobre el interior del planeta”, explica Yanhao Lin, científico del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión de Beijing y coautor del estudio, publicado en junio en la revista académica Nature Communications.
“Comparado con la Luna o Marte, sabemos muy poco de Mercurio, también porque no tenemos ninguna muestra de la superficie del planeta”, dijo Charlier. Mercurio es diferente de todos los demás planetas terrestres, añadió, porque está muy cerca del Sol y, por tanto, tiene una cantidad muy baja de oxígeno, lo que afecta a su química.
El equipo de investigación utilizó una prensa de yunque, situada en el Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión de Beijing, para reproducir las condiciones que probablemente se dan cerca del núcleo de Mercurio para el estudio. Crédito: Yanhao Lin
Uno de los hallazgos de MESSENGER fue el hecho de que Mercurio es rico en carbono y su superficie es gris debido a la presencia generalizada de grafito, que es una forma de carbono. Los diamantes también están hechos de carbono puro, formado en condiciones específicas de presión y temperatura. Los investigadores querían comprobar si este proceso pudo haberse dado durante la formación del planeta.
Cuando Lin, Charlier y sus colegas estaban preparando el experimento para imitar el interior de Mercurio poco después de la formación del planeta, un elemento crucial fue el conocimiento de que el azufre también está presente en Mercurio, como habían demostrado estudios anteriores. “Descubrimos que las condiciones son diferentes a las de la Tierra porque hay mucho azufre en Mercurio, lo que disminuyó el punto de fusión de nuestra muestra”, dijo Charlier.
“Se fundió completamente a una temperatura más baja en comparación con un sistema sin azufre, lo que es bueno para la estabilidad del diamante, porque al diamante le gusta la presión alta pero la temperatura más baja. Y esto es principalmente lo que nos dicen nuestros experimentos: el océano de magma de Mercurio es más frío de lo esperado, y también más profundo, como sabemos por la reinterpretación de las mediciones geofísicas”, añadió, refiriéndose a los datos también de MESSENGER.
Estos dos factores, según el estudio, son los que hacen posible la formación de diamantes.
¿Diamantes en la superficie?
Charlier advierte que el grosor de la capa de diamantes, entre 15 y 18 kilómetros, es sólo una estimación, y podría cambiar porque el proceso de formación de los diamantes aún está en curso, ya que el núcleo de Mercurio sigue enfriándose.
Tampoco es posible determinar el tamaño de cada uno de los diamantes. “No tenemos ninguna pista sobre su tamaño, pero un diamante está hecho sólo de carbono, por lo que su composición debería ser similar a la que conocemos en la Tierra. Parecerían diamantes puros”, afirma.
¿Podrían extraerse los diamantes? Según Charlier, sería imposible incluso con tecnologías futuras más avanzadas, ya que se encuentran a una profundidad de unos 500 kilómetros. “Sin embargo, algunas lavas de la superficie de Mercurio se han formado por fusión del manto muy profundo. Es razonable considerar que este proceso es capaz de traer algunos diamantes a la superficie, por analogía con lo que ocurre en la Tierra”, dijo.
Este proceso de formación de diamantes podría estar ocurriendo en algunos de los exoplanetas que estamos descubriendo en nuestra galaxia, explicó Charlier, si su química también es baja en oxígeno como la de Mercurio. “Si un exoplaneta es más pequeño que Mercurio, el límite entre el núcleo y el manto sería demasiado superficial y la presión demasiado baja, lo que impediría la formación de diamantes”, explicó. “Pero un tamaño entre Mercurio y la Tierra, combinado con un bajo nivel de oxígeno, son condiciones favorables para obtener diamantes”.
Es posible que los científicos sepan más pronto. Se espera que una misión llamada BepiColombo, compuesta por dos naves espaciales lanzadas en octubre de 2018, lleve a cabo la inserción en la órbita de Mercurio en diciembre de 2025 después de realizar una serie de sobrevuelos. La misión, dirigida por la Agencia Espacial Europea y la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, estudiará el planeta desde la órbita y revelará mucho más sobre su interior y sus características.
La colaboración lleva el nombre del científico italiano Giuseppe “Bepi” Colombo, inventor de la maniobra de “asistencia gravitatoria” utilizada habitualmente para enviar sondas a otros planetas.
“BepiColombo puede identificar y cuantificar posiblemente el carbono de la superficie, pero también si hay diamante en la superficie o más grafito”, explicó Charlier. “Esto no fue posible con MESSENGER, y las mediciones también serán más precisas, lo que nos proporcionará mejores estimaciones de la profundidad del límite entre el núcleo y el manto. Podremos probar de nuevo nuestra hipótesis”.
Un importante paso adelante
Sean Solomon, investigador principal de la misión MESSENGER de la NASA a Mercurio y científico investigador principal adjunto de la Universidad de Columbia en Nueva York, dijo que presenta “una idea interesante”, pero que será un reto para las futuras misiones a Mercurio poder confirmarla. “Cualquier capa de diamante de este tipo es profunda y relativamente delgada”, dijo en un correo electrónico. Solomon no participó en el estudio.
“La técnica más prometedora es probablemente la sismología, porque las velocidades de las ondas sísmicas en el diamante son mucho mayores que las de las rocas del manto o el material del núcleo, pero las mediciones sísmicas requerirían uno o más módulos de aterrizaje de larga duración en la superficie de Mercurio”, dijo Solomon. BepiColombo, la única misión prevista en la actualidad para llegar a Mercurio, contaba originalmente con un módulo de aterrizaje, pero se suprimió debido a limitaciones presupuestarias.
La nave espacial BepiColombo captó estas imágenes durante su tercer sobrevuelo de Mercurio el 19 de junio de 2023. Se aprecian numerosas características geológicas, incluido el cráter de impacto Manley, recientemente bautizado. Crédito: ESA/BepiColombo/MTM
Felipe González, físico teórico del departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad de California en Berkeley, que tampoco participó en el trabajo, dijo que el estudio representa un importante paso adelante en nuestra comprensión de los interiores planetarios y de cómo se forman y evolucionan. También cree que estudios interdisciplinarios como éste son la clave para abordar los complejos problemas a los que nos enfrentamos en la ciencia actual.
El mecanismo propuesto para la formación de esta capa de diamante es plausible, añade González, pero sigue dependiendo en gran medida de nuestras hipótesis sobre el interior de Mercurio. “Aunque a lo largo de los años se han establecido muy buenas restricciones a medida que estudiamos este planeta más profundamente, sólo podemos aproximar su composición en nuestros modelos y experimentos a partir de mediciones indirectas”, dijo por correo electrónico.
“Aun así, este estudio sigue representando lo mejor que podemos hacer con lo que tenemos actualmente”, añadió González. “Sólo futuras misiones al planeta Mercurio dirán si estas predicciones eran correctas. Por ahora, podemos centrarnos en mejorar nuestra comprensión de los materiales en estas condiciones extremas realizando más y mejores simulaciones y experimentos en nuestros laboratorios”.
