นักวิทยาศาสตร์ค้นพบร่องรอยของสสารในสถานะที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน ซ่อนตัวอยู่ลึกเข้าไปใต้ชั้นบรรยากาศของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน ผลการจำลองล่าสุดบ่งชี้ว่าภายใต้สภาพแวดล้อมสุดขั้ว สารประกอบอย่างคาร์บอนไฮไดรด์สามารถก่อตัวเป็นสถานะซูเปอร์ไอออนิกที่มีพฤติกรรมแปลกประหลาด ซึ่งอาจเป็นกุญแจสำคัญไขปริศนาสนามแม่เหล็กที่ผิดปกติของดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งทั้ง 2 ดวงนี้
การศึกษาโครงสร้างภายในของดาวเคราะห์ได้รับความสนใจอย่างมากหลังจากการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมากกว่า 6,000 ดวง สำหรับในระบบสุริยะของเรา ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนมีชั้นที่เชื่อกันว่าเป็นน้ำแข็งร้อน ซึ่งประกอบด้วยน้ำ มีเทน และแอมโมเนีย ทว่าเมื่อสสารเหล่านี้เผชิญกับความดันและความร้อนมหาศาล สารประกอบที่เราคุ้นเคยจะแสดงพฤติกรรมที่ต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง
เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้ ทีมนักวิจัยนำโดย หลิวชง และ โรนัลด์ โคเฮน ได้ใช้คอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงร่วมกับ Machine Learning จำลองสภาพทางควอนตัม การศึกษาดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications เมื่อวันที่ 22 เมษายน 2569 โดยได้จำลองแรงดันมหาศาลตั้งแต่ 500 ถึง 3,000 จิกะพาสคัล และอุณหภูมิระดับ 4,000-6,000 เคลวิน มุ่งเน้นศึกษาคาร์บอนไฮไดรด์ซึ่งเป็นสารประกอบของธาตุพื้นฐานที่พบได้ทั่วไปในดาวเคราะห์
ผลลัพธ์ที่โดดเด่นที่สุดคือการปรากฏตัวของสถานะซูเปอร์ไอออนิกแบบกึ่งหนึ่งมิติ ในสถานะนี้อะตอมของคาร์บอนจะจับตัวกันเป็นโครงสร้างที่มั่นคงคล้ายของแข็ง ขณะที่อะตอมของไฮโดรเจนจะเคลื่อนที่แทรกซึมผ่านโครงสร้างนั้นไปตามเส้นทางเกลียวหมุนคล้ายเกลียวสว่าน ซึ่งแตกต่างจากวัสดุซูเปอร์ไอออนิกอื่น ๆ ที่นักวิทยาศาสตร์เคยรู้จัก สถานะซูเปอร์ไอออนิกนั้นมีความพิเศษในตัวมันเองอยู่แล้วด้วยคุณสมบัติกึ่งของแข็งกึ่งของเหลว แต่การเคลื่อนที่ของไฮโดรเจนไปในทิศทางที่จำเพาะเจาะจงเช่นนี้ถือเป็นสิ่งใหม่และเป็นพฤติกรรมของสสารที่ไม่มีอยู่บนโลก
การเคลื่อนที่ที่เป็นระเบียบในลักษณะนี้อาจส่งผลโดยตรงต่อรูปแบบการถ่ายเทความร้อนและกระแสไฟฟ้าภายในดาวเคราะห์ ซึ่งมีความเชื่อมโยงกับกระบวนการสร้างสนามแม่เหล็ก เป็นที่ทราบกันดีในวงการดาราศาสตร์ว่าดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนมีรูปทรงของสนามแม่เหล็กที่บิดเบี้ยวแปลกประหลาดเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ดวงอื่น การค้นพบชั้นสสารที่มีพฤติกรรมแบบมีทิศทางเช่นนี้จึงอาจเป็นคำตอบที่ใช้อธิบายความผิดปกติของสนามแม่เหล็กเหล่านั้นได้
การค้นพบครั้งนี้ย้ำให้เห็นว่าแม้แต่ธาตุพื้นฐานที่เรียบง่ายที่สุด ก็สามารถแสดงพฤติกรรมที่ซับซ้อนและคาดไม่ถึงได้เมื่อถูกกดดันถึงขีดสุด การไขความลับของสสารภายใต้ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนไม่เพียงแต่จะช่วยให้เราเข้าใจดาวเคราะห์เพื่อนบ้านในระบบสุริยะของเราได้ลึกซึ้งขึ้น แต่ยังช่วยปูทางไปสู่ความเข้าใจเรื่องการก่อตัวและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอีกมากมายในเอกภพ
ข้อมูลอ้างอิง: Daily Galaxy
- Scientists May Have Found a Strange New State of Matter Twisting Deep Inside Uranus and Neptune
