Учени от Изследователския институт „Карнеги“ във Вашингтон прогнозират съществуването на ново състояние на материята в недрата на ледени гиганти като Уран и Нептун. На базата на компютърни симулации беше описано квази-едноизмерно суперйонно състояние на въглероден хидрид. Резултатите на изследователите Цун Лю и Роналд Коен са публикувани и са представени в списанието „Нейчър къмюникейшънс“. Откритието се основава на теоретични модели и високопроизводителни изчисления, които показват структурни особености, различни от познатите твърди или течни фази при нормални условия.
Интересът към процесите в дълбочина на планетите расте паралелно с увеличаването на броя открити екзопланети и задълбочаването на междудисциплинарните изследвания. Плътностните измервания на Уран и Нептун сочат наличието на междинни слоеве с неконвенционални „горещи ледове“ под обвивките от водород и хелий и над скалистите ядра. Тези пластове се смятат за богати на вода, метан и амоняк, но при екстремни налягания и температури могат да възникнат непознати физични процеси, които оказват влияние върху вътрешната динамика на планетите.
Методологично изследването съчетава високопроизводителни изчислителни системи и машинно обучение за провеждане на фундаментални квантовофизични симулации на въглероден хидрид. В моделите са разгледани условия с налягания почти от 5 милиона до почти 30 милиона пъти атмосферното налягане и температури между 3740 и 5710 градуса по Целзий. При тези екстремни параметри беше предвидена подредена шестоъгълна структура, в която водородните атоми следват спираловидни траектории, което довежда до квази-едноизмерно суперйонно поведение.
Суперйонните материали се описват като междинни между твърдите и течните фази — част от атомите остават фиксирани в кристална решетка, докато други запазват възможност за движение. „Тази нова фаза на въглерод–водород е особено впечатляваща, защото движението на атомите не е изцяло триизмерно“, каза Роналд Коен, цитиран в публикацията. Специфичната посока на движение може да промени начина, по който топлината и електричеството се пренасят във вътрешността на планетите, което има значение при моделирането на енергийното преразпределение и при тълкуването на образуването на магнитни полета.
Откритията подчертават, че дори прости съединения като въглерод и водород могат да демонстрират сложни поведения при екстремни условия, присъщи за гигантските планетарни недра. Според Цун Лю взаимодействието между тези елементи при подобни натиск и температура все още не е напълно проучено. Теоретиците и експериментаторите продължават опитите да възпроизведат и изследват тези фази, за да се подобри разбирането за вътрешните процеси на ледени гиганти и за възможните им последици върху планетарната динамика и магнитизма.