Aunque los diamantes en la Tierra son raros, los diamantes extraterrestres (diamantes formados fuera de la Tierra) son muy comunes. Los diamantes lo suficientemente pequeños como para contener solo unos 2000 átomos de carbono son abundantes en los meteoritos y algunos de ellos se formaron en estrellas antes de que existiera el Sistema Solar . [1] Los experimentos de alta presión sugieren que grandes cantidades de diamantes se forman a partir de metano en los planetas gigantes de hielo Urano y Neptuno , mientras que algunos planetas en otros sistemas planetarios pueden estar compuestos casi de diamante puro. [2] Los diamantes también se encuentran en las estrellas y pueden haber sido el primer mineral en formarse.
En 1987, un equipo de científicos examinó algunos meteoritos primitivos y encontró granos de diamante de unos 2,5 nanómetros de diámetro ( nanodiamantes ). Atrapados en ellos había gases nobles cuya firma isotópica indicaba que provenían de fuera del Sistema Solar . Los análisis de meteoritos primitivos adicionales también encontraron nanodiamantes. El registro de sus orígenes se conservó a pesar de una larga y violenta historia que comenzó cuando fueron expulsados de una estrella al medio interestelar , pasaron por la formación del Sistema Solar , se incorporaron a un cuerpo planetario que luego se rompió en meteoritos y finalmente se estrellaron en la superficie de la Tierra. [3]
En los meteoritos, los nanodiamantes constituyen aproximadamente el 3 por ciento del carbono y 400 partes por millón de la masa. [4] [3] Los granos de carburo de silicio y grafito también tienen patrones isotópicos anómalos. En conjunto, se los conoce como granos presolares o polvo de estrellas y sus propiedades limitan los modelos de nucleosíntesis en estrellas gigantes y supernovas . [5]
No está claro cuántos nanodiamantes en meteoritos son realmente de fuera del Sistema Solar. Sólo una fracción muy pequeña de ellos contienen gases nobles de origen presolar y hasta hace poco no era posible estudiarlos individualmente. En promedio, la proporción de carbono-12 a carbono-13 coincide con la de la atmósfera de la Tierra, mientras que la de nitrógeno-14 a nitrógeno-15 coincide con la del Sol . Técnicas como la tomografía de sonda atómica permitirán examinar granos individuales, pero debido al número limitado de átomos, la resolución isotópica es limitada. [5]
Si la mayoría de los nanodiamantes se formaron en el Sistema Solar, eso plantea la pregunta de cómo es posible. En la superficie de la Tierra , el grafito es el mineral de carbono estable, mientras que los diamantes más grandes solo se pueden formar en el tipo de temperaturas y presiones que se encuentran en las profundidades del manto . Sin embargo, los nanodiamantes tienen un tamaño cercano al molecular: uno con un diámetro de 2,8 nm, el tamaño medio, contiene alrededor de 1800 átomos de carbono. [5] En minerales muy pequeños, la energía superficial es importante y los diamantes son más estables que el grafito porque la estructura del diamante es más compacta. El cruce en la estabilidad está entre 1 y 5 nm. En tamaños aún más pequeños, se pueden encontrar una variedad de otras formas de carbono, como los fulerenos, así como núcleos de diamante envueltos en fulerenos. [3]
Los meteoritos más ricos en carbono, con abundancias de hasta 7 partes por mil en peso, son las ureilitas . [6] : 241 Estas no tienen un cuerpo parental conocido y su origen es controvertido. [7] Los diamantes son comunes en las ureilitas altamente chocadas, y se cree que la mayoría se formaron por el choque del impacto con la Tierra o con otros cuerpos en el espacio. [6] [8] : 264 Sin embargo, se encontraron diamantes mucho más grandes en fragmentos de un meteorito llamado Almahata Sitta , encontrado en el desierto nubio de Sudán . Contenían inclusiones de minerales que contenían hierro y azufre, las primeras inclusiones que se encuentran en diamantes extraterrestres. [9] Se dataron en cristales de 4.500 millones de años y se formaron a presiones superiores a 20 gigapascales. Los autores de un estudio de 2018 concluyeron que deben haber venido de un protoplaneta, ya no intacto, con un tamaño entre el de la Luna y Marte. [10] [11]
Las emisiones infrarrojas del espacio, observadas por el Observatorio Espacial Infrarrojo y el Telescopio Espacial Spitzer , han dejado en claro que las moléculas que contienen carbono son omnipresentes en el espacio. Estas incluyen hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), fulerenos y diamantoides (hidrocarburos que tienen la misma estructura cristalina que el diamante). [3] Si el polvo en el espacio tiene una concentración similar, un gramo de él transportaría hasta 10 cuatrillones de ellos, [4] pero hasta ahora hay poca evidencia de su presencia en el medio interestelar; son difíciles de distinguir de los diamantoides. [3]
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En 1981, Martin Ross escribió un artículo titulado "La capa de hielo en Urano y Neptuno: ¿diamantes en el cielo?", en el que proponía que podrían encontrarse enormes cantidades de diamantes en el interior de estos planetas. En Lawrence Livermore , había analizado datos de la compresión por ondas de choque del metano (CH 4 ) y descubrió que la presión extrema separaba el átomo de carbono del hidrógeno, liberándolo para formar diamantes. [12] [13]
Los modelos teóricos de Sandro Scandolo y otros predijeron que los diamantes se formarían a presiones superiores a los 300 gigapascales ( GPa), pero incluso a presiones más bajas el metano se desintegraría y formaría cadenas de hidrocarburos. Los experimentos de alta presión realizados en la Universidad de California en Berkeley, utilizando una celda de yunque de diamante, detectaron ambos fenómenos a solo 50 GPa y una temperatura de 2500 kelvin, equivalente a profundidades de 7000 kilómetros por debajo de las cimas de las nubes de Neptuno. Otro experimento en el Laboratorio Geofísico observó que el metano se volvía inestable a solo 7 GPa y 2000 kelvin. Después de formarse, los diamantes más densos se hundirían. Esta "lluvia de diamantes" convertiría la energía potencial en calor y ayudaría a impulsar la convección que genera el campo magnético de Neptuno. [14] [12] [15]
Existen algunas incertidumbres sobre la validez de los resultados experimentales en el caso de Urano y Neptuno. El agua y el hidrógeno mezclados con el metano pueden alterar las reacciones químicas. [14] Un físico del Instituto Fritz Haber de Berlín demostró que el carbono de estos planetas no está lo suficientemente concentrado como para formar diamantes a partir de cero. La propuesta de que los diamantes también se pudieran formar en Júpiter y Saturno, donde la concentración de carbono es mucho menor, se consideró improbable porque los diamantes se disolverían rápidamente. [16]
Los experimentos que buscaban la conversión de metano en diamantes encontraron señales débiles y no alcanzaron las temperaturas y presiones esperadas en Urano y Neptuno. Sin embargo, un experimento reciente utilizó calentamiento por choque mediante láser para alcanzar las temperaturas y presiones esperadas a una profundidad de 10.000 kilómetros por debajo de la superficie de Urano. Cuando hicieron esto con el poliestireno , casi todos los átomos de carbono del material se incorporaron a los cristales de diamante en un nanosegundo. [17] [18]
En el Sistema Solar, los planetas rocosos Mercurio, Venus, la Tierra y Marte están compuestos en un 70% a 90% por silicatos en masa. Por el contrario, las estrellas con una alta proporción de carbono respecto del oxígeno pueden estar orbitadas por planetas que están compuestos principalmente de carburos, siendo el material más común el carburo de silicio . Este tiene una conductividad térmica más alta y una expansividad térmica más baja que los silicatos. Esto daría como resultado un enfriamiento conductivo más rápido cerca de la superficie, pero más abajo la convección podría ser al menos tan vigorosa como en los planetas de silicatos. [20]
Uno de estos planetas es PSR J1719-1438 b , compañero de un púlsar de milisegundos . Tiene una densidad al menos el doble de la del plomo y puede estar compuesto principalmente de diamante ultradenso. Se cree que es el remanente de una enana blanca después de que el púlsar le quitara más del 99 por ciento de su masa. [2] [21] [22]
Otro planeta, 55 Cancri e , ha sido llamado una "supertierra" porque, al igual que la Tierra, es un planeta rocoso que orbita alrededor de una estrella similar al Sol, pero tiene el doble de radio y ocho veces la masa. Los investigadores que lo descubrieron en 2012 concluyeron que era rico en carbono, lo que hace probable una abundancia de diamantes. [23] Sin embargo, análisis posteriores que utilizaron múltiples medidas para la composición química de la estrella indicaron que la estrella tiene un 25 por ciento más de oxígeno que carbono. Esto hace menos probable que el planeta en sí sea un planeta de carbono. [24]
Se ha propuesto que los diamantes existen en estrellas ricas en carbono, particularmente enanas blancas; el carbonado , una mezcla policristalina de diamante, grafito y carbono amorfo , que es una de las formas naturales más duras de carbono, también está presente, [25] y podría provenir de supernovas y enanas blancas . [26] La enana blanca BPM 37093 , se encuentra a 50 años luz (4,7 × 10 14 km) de distancia en la constelación de Centaurus , tiene un diámetro de 2.500 millas (4.000 km), y puede tener un núcleo de diamante, lo que lo convertiría en uno de los diamantes más grandes del universo. Por esta razón se le dio el apodo de Lucy . [27] [28]
En 2008, Robert Hazen y sus colegas de la Carnegie Institution en Washington, DC publicaron un artículo, "Mineral evolution", en el que exploraron la historia de la formación de minerales y descubrieron que la diversidad de minerales ha cambiado con el tiempo a medida que las condiciones han cambiado. Antes de que se formara el Sistema Solar, solo existía una pequeña cantidad de minerales, incluidos los diamantes y el olivino . [29] [30] Los primeros minerales pueden haber sido pequeños diamantes formados en estrellas porque las estrellas son ricas en carbono y los diamantes se forman a una temperatura más alta que cualquier otro mineral conocido. [31]
