El hielo espacial contiene pequeños cristales y no está en un estado de material completamente desordenado como el agua líquida, como se pensaba hasta el momento. Eso es lo que plantea un nuevo estudio, que analiza la estructura del hielo espacial y ha encontrado algunos aspectos muy intrigantes…
El hielo espacial es diferente a lo que se imaginaba
El hielo en el espacio es diferente a la forma de hielo cristalina (muy ordenada) que vemos en la Tierra. Durante décadas, se supuso que el hielo espacial sería amorfo (es decir, sin estructura), porque las temperaturas más frías implican que no tendría suficiente energía para poder formar cristales al congelarse. En un nuevo estudio, un grupo de investigadores ha estudiado la forma más común del hielo en el universo. Se trata de hielo amorfo de baja densidad, que existe como el material principal en cometas, satélites congelados y nubes de polvo donde se forman estrellas y planetas.
Han determinado que las simulaciones por ordenador, de este hielo, encajaban mejor con las mediciones de experimentos anteriores si el hielo no era completamente amorfo. En su lugar, encajaba mejor si contenía pequeños cristales (de unos tres nanómetros de ancho) incrustados en el interior de estructuras desordenadas. En trabajos experimentales, también han vuelto a cristalizar muestras reales de hielo amorfo que se formaron de diferentes maneras. Así, han descubierto que la estructura final de los cristales variaba en función de cómo se hubiese formado el hielo amorfo.
Si el hielo fuese completamente amorfo (es decir, completamente desordenado), no retendría huella alguna de su forma anterior. Michael B. Davies, autor principal del estudio, explica que «ahora tenemos una buena idea de cuál es la forma más común del hielo en el universo y su aspecto a nivel atómico. Esto es importante porque el hielo está involucrado en muchos procesos cosmológicos. Por ejemplo, en cómo se forman los planetas, cómo evolucionan las galaxias y cómo se mueve la materia por el universo». También afecta al inicio de la vida en la Tierra.
Un problema para el origen de la vida
Específicamente, afecta a la teoría de la panspermia, que plantea que los bloques de la vida fueron transportados en el hielo de los cometas, con hielo amorfo de baja densidad. Fue el transporte espacial con el que viajaron ingredientes como los aminoácidos sencillos. Davies añade que «nuestros hallazgos sugieren que este hielo sería un material de transporte menos bueno para estas moléculas del origen de la vida. Esto se debe a que su estructura, parcialmente cristalina, tiene menos espacio en el que se pueden incrustar estos ingredientes».
«La teoría puede seguir siendo válida, porque hay regiones amorfas en el hielo, donde los bloques de la vida podrían quedar atrapados y almacenados«. Además, Christoph Salzmann, coautor del estudio, añade que «el hielo en la Tierra es una curiosidad cosmológica debido a nuestras temperaturas templadas. Puedes ver su naturaleza ordenada en la simetría de un copo de nieve. El hielo en el resto del universo se había considerado, durante mucho tiempo, como similar al agua líquida. Es decir, una estructura desordenada congelada en un lugar. Nuestro estudio muestra que no es completamente cierto».
«Nuestros resultados también plantean preguntas sobre los materiales amorfos en general. Estos materiales tienen usos importantes en tecnología muy avanzada: por ejemplo, las fibras de cristal que transportan datos a grandes distancias deben ser amorfos para funcionar. Si contienen pequeños cristales, y podemos eliminarlos, mejorará su rendimiento». Para este estudio, los investigadores utilizaron dos modelos de agua por ordenador. Han congelado estas «cajas» virtuales de moléculas de agua enfriándolas a -120ºC a diferentes ritmos.
Las propiedades del hielo espacial
Estos ritmos provocan diferentes proporciones de hielo amorfo y cristalino. Así, han observado que el hielo que era hasta un 20% cristalino (y 80% desordenado) parecía encajar muy bien con la estructura del hielo amorfo de baja densidad, tal y como se había observado en estudios con rayos X. Con otra estrategia, han creado «cajas» más grandes con muchos cristales de hielo apelotonados entre sí. La simulación, después, desordenaba las regiones entre los cristales de hielo, alcanzando estructuras muy similares a las del primer intento, con un 25% de hielo cristalino.
En otros trabajos experimentales, el equipo ha creado muestras reales de hielo amorfo de baja densidad de diferentes maneras. Desde depositando vapor de agua en una superficie extremadamente fría (así se forman los granos de polvo en las nubes interestelares) hasta calentar lo que se conoce como hielo amorfo de alta densidad (hielo que ha sido aplastado a temperaturas extremadamente bajas). Después, calentaron suavemente estas muestras para que tuviesen la energía para formar cristales y vieron diferencias en la estructura en función de su origen.
Concretamente, había variaciones en la proporción de moléculas agrupadas en una disposición hexagonal. Esto, explicaban, es una evidencia indirecta de que el hielo amorfo de baja densidad contiene cristales. Si estuviese completamente desordenado, no retendrían señal alguna de su aspecto anterior. Como dicen los investigadores, el agua en la base de la vida, pero todavía no la entendemos por completo. Puede que el hielo amorfo tenga la llave para explicar algunas de las muchas particularidades del agua, pero hay que entender sus formas y propiedades…
Estudio
El estudio es M. Davies, A. Rosu-Finsen y C. Salzmann; «Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains». Publicado en la revista Physical Review B el 7 de julio de 2025. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
