Qué es el hielo XXI, el hallazgo que reescribe los límites de la física y podría revolucionar la exploración planetaria

Científicos del European XFEL, en Alemania, anunciaron hoy la creación de una nueva forma de hielo al comprimir agua entre diamantes, sin bajar la temperatura.

El trabajo involucró a un equipo internacional de investigadores, que buscó simular condiciones presentes en las profundidades de planetas y lunas del sistema solar. Los especialistas emplearon presiones de hasta dos gigapascales y observaron la estructura cristalina resultante con técnicas de rayos X.

El procedimiento no requirió bajar la temperatura del agua. Los científicos colocaron una gota entre dos diamantes, aplicando presión extrema para transformar su estructura molecular. Este método alcanzó unas 20.000 veces la presión atmosférica normal, permitiendo el agrupamiento de las moléculas en una configuración inédita.

De acuerdo con DW, los pulsos de presión duraron milisegundos y se repitieron en más de mil ciclos, con breves pausas para observar los cambios. Utilizaron el láser de rayos X European XFEL, que registra imágenes a velocidades extremadamente altas.

La transformación produjo la fase conocida como hielo XXI. Se trata de la vigésima primera variante cristalina del agua identificada en laboratorio. La estructura de este nuevo hielo es más compacta que la del hielo común y solo permanece estable durante algunas decenas de microsegundos. Después, evoluciona hacia formaciones cristalinas reconocidas, como el hielo VI.

Presión extrema y formación de una fase desconocida

Según un comunicado del European XFEL, el hallazgo revela que altas presiones pueden modificar la estructura del agua incluso a temperatura ambiente. El equipo empleó la celda de yunque de diamante, un instrumento capaz de reproducir condiciones semejantes al interior de las lunas heladas, como Titán o Ganímedes. La compresión rápida del agua permitió observar cómo se formaba hielo XXI antes de su transición a fases conocidas.

De acuerdo con Geun Woo Lee, investigador líder del Instituto Coreano de Investigación de Estándares y Ciencia (KRISS), el hielo XXI representa una etapa intermedia, un “camino oculto” en la transformación del agua al hielo bajo presión.

Lee indicó que la presión mantiene el agua líquida más allá de su punto habitual de cristalización, abriendo caminos de fase aún no explorados. El estudio, publicado en Nature Materials, incluye imágenes tomadas con el XFEL en intervalos de microsegundos que muestran la formación y la desaparición de esta estructura.

Los científicos confirmaron la existencia de hielo XXI mediante análisis realizados en la fuente de fotones PETRA III. La estructura cristalina observada tiene una forma tetragonal y agrupa 152 moléculas de agua por bloque, una disposición nueva en la familia de hielos descubiertos. El carácter metaestable de esta fase limita su duración a fracciones de segundo, pero permite su estudio mediante técnicas de observación rápida y precisa.

Implicancias para la exploración espacial y el conocimiento de materiales

Rachel Husband, investigadora del equipo DESY HIBEF, destacó que el descubrimiento sugiere la posibilidad de fases metaestables adicionales a altas temperaturas y sus rutas de transición. Según Husband, la existencia de hielo XXI podría ampliar la comprensión sobre los procesos internos de lunas y planetas con grandes presiones, donde las fases intermedias juegan un papel en la dinámica interna y estructura.

El hallazgo abre una nueva perspectiva sobre la física del agua, un material cotidiano que muestra comportamientos complejos y variados. Los investigadores buscan ahora identificar otros caminos de transición y analizar la influencia de factores como la presión, la composición y el entorno en la formación de fases cristalinas.

De acuerdo con el portal ZME Science, la utilización de presión en vez de temperaturas bajas constituye una estrategia novedosa, que podría servir para estudiar procesos en condiciones extremas del espacio y la Tierra. Los datos del European XFEL y otras fuentes, como Nature Materials e Interesting Engineering, documentan los detalles experimentales y el potencial del método para futuras investigaciones.

Geun Woo Lee señaló que aún existen muchas preguntas sobre la cristalización del agua y la cantidad de fases posibles de hielo. El equipo internacional trabaja en ampliar la descripción de las transiciones de fase, utilizando tecnología de observación de alta velocidad y dispositivos de compresión sofisticados.

La investigación redefine los límites sobre la formación de hielo y sugiere nuevas oportunidades para comprender el papel de este material en otros planetas y satélites. Los resultados amplían el conocimiento sobre los estados de la materia y contribuyen al estudio de procesos naturales en condiciones extremas.

La aparición del hielo XXI evidencia que el hielo sigue siendo un campo de estudio activo, con muchos misterios por resolver.