Descubren un extraño hielo superiónico que podría existir dentro de Urano y Neptuno
A millones de atmósferas de presión, el agua se convierte en un insólito material sólido y líquido a la vez. Su estructura hexagonal, en la que los oxígenos permanecen ordenados mientras los protones fluyen como un líquido, podría aportar nuevas pistas sobre el interior y los extraños campos magnéticos de los planetas gigantes helados.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística del interior de Neptuno, donde las presiones extremas podrían convertir el agua en hielo superiónico: una materia exótica, sólida y líquida a la vez, capaz de conducir la electricidad. Al fondo, Urano; en el detalle, la estructura cristalina del nuevo hielo hexagonal. Crédito: IA-DALL-E / RexMolón Producciones
¿Qué nueva forma de hielo han descubierto los científicos?
Bajo las nubes azuladas de los gigantes helados Urano y Neptuno no existe un océano de agua congelada semejante al hielo de la Tierra. Las presiones y temperaturas de sus profundidades son tan extremas que la materia abandona los estados que conocemos y adquiere comportamientos difíciles de encajar en las categorías de sólido, líquido o gas.
Allí, el agua podría transformarse en un hielo caliente, negro y conductor de la electricidad, con los átomos de oxígeno ordenados en una estructura cristalina y los núcleos de hidrógeno desplazándose libremente por ella.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por Alexis Forestier, físico del Comisariado de Energía Atómica y Energías Alternativas de Francia y la Universidad Paris-Saclay, ha observado ahora una nueva variante de ese material: un hielo superiónico cuya red de oxígenos presenta una estructura hexagonal compacta, conocida por las siglas hcp.
El descubrimiento, publicado en la revista Physical Review Letters, añade una nueva pieza al complejo diagrama de las fases del agua y podría ayudar a comprender qué sucede en las regiones más profundas de Urano, Neptuno y numerosos exoplanetas de tamaño similar.
➡️ «Por encima de los 200 gigapascales y a altas temperaturas, nuestras observaciones son compatibles con que la fase hexagonal se vuelva más estable que la estructura cúbica que se consideraba dominante», señalan Forestier y sus colaboradores.
Doscientos gigapascales equivalen aproximadamente a dos millones de veces la presión atmosférica terrestre. En esas condiciones, un simple vaso de agua se convertiría en una forma de materia prácticamente irreconocible.
¿Qué es el hielo superiónico?
El hielo que guardamos en nuestras neveras posee una estructura abierta, razón por la cual ocupa más volumen que el agua líquida y flota sobre ella. Pero cuando se somete a presiones extraordinarias, sus moléculas se reorganizan y forman cristales cada vez más compactos.
Se conocen al menos una veintena de fases cristalinas del hielo, cada una estable dentro de un determinado intervalo de presión y temperatura. Algunas solo existen durante fracciones de segundo o en muestras microscópicas encerradas entre diamantes.
El hielo superiónico es todavía más extraño. En él, los oxígenos conservan posiciones más o menos fijas y forman el armazón sólido, mientras los protones —los núcleos de los átomos de hidrógeno— saltan y se difunden por la red como las partículas de un fluido. El resultado es una materia que es sólida y líquida al mismo tiempo y que puede conducir corriente mediante el desplazamiento de cargas positivas.
Una estructura hexagonal inesperada
Hasta ahora, los experimentos habían identificado principalmente dos disposiciones de los oxígenos en el hielo superiónico:
1️⃣ A presiones relativamente menores aparece una red cúbica centrada en el cuerpo, que se conoce como bcc.
2️⃣ Al aumentar la presión y la temperatura, el material puede adoptar una estructura cúbica centrada en las caras, denominada fcc y conocida también como hielo XVIII.
La nueva fase hcp es igual de compacta, pero ordena las capas de oxígeno de una manera diferente.
La distinción puede imaginarse apilando naranjas. Veamos cómo. En una estructura fcc, las capas siguen una secuencia ABCABC: la cuarta se coloca sobre la primera. En la hcp, la disposición es ABAB: la tercera repite la posición de la primera. El número de átomos vecinos es prácticamente el mismo, pero la distinta secuencia puede modificar la forma en que el material se deforma, transmite calor o conduce los protones.
Esquema del experimento realizado en la línea ID27 del Sincrotrón Europeo: una diminuta muestra de hielo, comprimida entre yunques de diamante y calentada con láseres infrarrojos, es analizada mediante difracción de rayos X. Los calentadores de diamante dopado con boro rodean la muestra, mientras las capas de óxido de aluminio proporcionan aislamiento térmico. Cortesía: Alexis Forestier et al.
Cómo se recreó el interior de un gigante helado
Para reproducir el corazón de un gigante helado, los investigadores colocaron una muestra de agua de apenas unas doce micras entre las puntas de una celda de yunque de diamante.
Dos diminutas piezas de diamante dopado con boro actuaron como calentadores y rodearon el hielo como un horno microscópico. La muestra fue comprimida hasta los 230 gigapascales y calentada con láseres desde ambos lados.
Al mismo tiempo, un haz de rayos X de menos de una micra de grosor, generado en la línea ID27 del Sincrotrón Europeo de Grenoble, permitió averiguar cómo estaban ordenados los átomos.
El primer experimento comenzó con hielo fcc a unos 80 gigapascales y 1.950 grados kelvin (1.676 °C). Durante el enfriamiento aparecieron defectos en el apilamiento de las capas y, por debajo de unos 1.400 grados kelvin (1.126 °C), surgieron nuevas señales de difracción correspondientes a una estructura hexagonal.
A 1.086 kelvin coexistían dominios bcc, fcc y hcp. En ese intervalo, la fase hexagonal parecía actuar como un estado transitorio durante la transformación del hielo fcc en bcc.
La fase hexagonal termina dominando el hielo
El resultado decisivo llegó en una segunda tanda de pruebas. A 155 gigapascales y unos 2.000 grados kelvin (1.726 °C.), la estructura hcp apareció junto a la fcc. Sus señales se hicieron más intensas al alcanzar 197 gigapascales y 2.250 kelvin. Finalmente, a 219 gigapascales y 2.630 kelvin (2.357 ºC), los picos de la estructura cúbica casi desaparecieron y el hielo hexagonal pasó a dominar el patrón de difracción.
Los resultados muestran una amplia transición entre las dos formas compactas, aproximadamente entre 130 y 200 gigapascales. Por encima de ese intervalo, la estabilidad de la fase hexagonal parece aumentar hasta superar a la estructura fcc.
No se trata de una transformación en la que los átomos abandonen lentamente sus lugares y construyan un cristal nuevo desde cero. Los científicos la describen como una transición martensítica: las capas se desplazan de manera coordinada y cambian su secuencia de apilamiento.
Este tipo de mecanismo se conoce en metales y gases nobles comprimidos, pero nunca se había identificado con tanta claridad entre dos estructuras del hielo superiónico.
Vista en despiece del posible interior de Urano o Neptuno. Bajo la atmósfera aparece una capa rica en agua (azul), donde podrían existir distintas formas de hielo superiónico, separada de otra más profunda de carbono, nitrógeno e hidrógeno (ámbar). Esta estratificación limitaría la convección y podría contribuir a explicar los campos magnéticos irregulares de ambos planetas. Cortesía: Quanta Magazine.
Un hielo que podría conducir de manera diferente según la dirección
Otro indicio importante apareció al medir cómo se dilataba el cristal durante el calentamiento. La expansión se concentró casi exclusivamente en uno de los ejes de la celda hexagonal y dibujó una curva anómala a partir de unos 1.700 grados kelvin.
Una expansión semejante había permitido identificar anteriormente la transición superiónica del hielo fcc.
➡️ «La expansión térmica observada sugiere que la nueva fase también entra en un estado superiónico y que el movimiento de los protones podría ser anisótropo, es decir, más favorable en unas direcciones que en otras» explican los autores.
Esta posible conductividad direccional todavía no se ha medido de forma directa. De confirmarse, significaría que la electricidad y el calor no circularían con la misma facilidad en todas las direcciones del cristal.
Un descubrimiento respaldado por investigaciones recientes
El hallazgo encaja con un estudio publicado entre finales de 2025 en Nature Communications. Mediante compresiones por ondas de choque y difracción ultrarrápida de rayos X, el equipo dirigido por Léon Andriambariarijaona, del Laboratoire LULI, en el CNRS (Francia), detectó entre 148 y 180 gigapascales, y alrededor de 2.500 kelvin, un hielo superiónico con capas fcc y hcp mezcladas.
Aquellos experimentos duraban nanosegundos y capturaron el material mientras se transformaba. El nuevo trabajo, realizado con compresión estática, identifica cinco familias de picos de difracción propias de la red hexagonal y muestra que, a presiones mayores, esta deja de ser un simple defecto dentro del cristal cúbico para convertirse en la estructura predominante.
En febrero de 2025, el mismo grupo de Forestier había encontrado una señal estructural de la transición superiónica en el hielo fcc: al comenzar a moverse los protones, el cristal experimentaba una expansión térmica inesperada. La nueva investigación aplica esa pista a la fase hexagonal y refuerza la idea de que el diagrama del agua caliente y comprimida contiene regiones de coexistencia y transformaciones mucho más extensas de lo supuesto, podemos leer en Physical Review Letters.
PLANETAS INSÓLITOS
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¿Qué relación tiene este hielo con Urano y Neptuno?
Todas estas peculiaridades importan porque Urano y Neptuno poseen campos magnéticos desconcertantes. A diferencia del terrestre, aproximadamente dipolar y centrado, los suyos están muy inclinados respecto al eje de rotación y presentan una geometría compleja y asimétrica.
Una de las principales explicaciones sitúa la dinamo que los genera en una capa relativamente superficial de materiales conductores, en lugar de en un núcleo metálico profundo.
Un modelo publicado hace dos años en la revista PNAS propuso además que, bajo las condiciones internas de estos planetas, el agua puede separarse de otros compuestos ricos en carbono, nitrógeno e hidrógeno. Esa disociación produciría una capa rica en agua capaz de convectar y conducir electricidad, situada sobre una región más profunda y estratificada. La hipótesis permite reproducir campos magnéticos no dipolares semejantes a los observados por la Voyager 2.
La línea experimental ID27 del Sincrotrón Europeo de Grenoble permitió analizar la diminuta muestra de hielo mediante un haz de rayos X concentrado por debajo de una micra. Sus avanzados instrumentos pueden estudiar materiales sometidos a las presiones y temperaturas extremas que reinan en el interior de Urano y Neptuno. Cortsía: ESRF
Cómo podría cambiar los modelos planetarios
La nueva fase hcp podría modificar ese escenario. Si conduce los protones de manera diferente según la dirección o si su resistencia a la deformación no coincide con la del hielo fcc, cambiaría la circulación de materia y calor dentro del manto. También podría influir en el grosor, la profundidad y la dinámica de la capa conductora donde se genera el campo magnético.
➡️ «La presencia de hielo superiónico hcp en las regiones profundas podría tener consecuencias importantes para la estratificación y la dinámica de los mantos de Urano y Neptuno», concluyen Forestier y sus colaboradores.
El descubrimiento también es relevante para los exoplanetas de tipo subneptuno, una de las categorías planetarias más frecuentes en la Vía Láctea. Muchos de estos mundos podrían contener grandes cantidades de agua sometida a presiones extremas.
PLANETAS INSÓLITOS
La posible lluvia de diamantes
El hielo superiónico no es el único material extraño que podría existir bajo las atmósferas de Urano y Neptuno. En 2024, Mungo Frost, de la High Energy Density Science Division, en el SLAC National Accelerator Laboratory, y sus colegas anunciaron en la revista Nature Astronomy que habían observado la formación de diamante a partir de hidrocarburos a presiones de entre 19 y 27 gigapascales y temperaturas superiores a 2.500 kelvin.
Los cristales de diamante podrían precipitar hacia las profundidades, liberar energía durante su descenso y contribuir a impulsar la convección de las capas conductoras. Este proceso, conocido popularmente como lluvia de diamantes, también podría influir en la evolución térmica de ambos planetas.
Qué falta por averiguar
El experimento no demuestra que el manto de Urano o Neptuno contenga grandes cantidades de hielo hcp. Los investigadores todavía deben delimitar con precisión su intervalo de estabilidad y medir directamente su conductividad eléctrica, su plasticidad y su respuesta mecánica.
También existe otra cautela importante: los gigantes helados no contienen agua pura. Sus interiores albergan mezclas complejas de hidrógeno, helio, agua, metano, amoniaco y materiales rocosos. El comportamiento de esas mezclas puede diferir del observado en una muestra pura de agua.
El descubrimiento obliga, no obstante, a ampliar el catálogo de materiales que podrían formar parte de estos mundos. El agua, una de las sustancias más familiares de la Tierra, vuelve a demostrar que, sometida a condiciones extremas, puede convertirse en una de las materias más extrañas del universo.▪️(13-septiembre-2026)
FÍSICA Y MECÁNICA CUÁNTICA
⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Una nueva forma de hielo: los científicos han observado un hielo superiónico con una estructura hexagonal compacta, denominada hcp.
- Sólido y líquido al mismo tiempo: los átomos de oxígeno forman una red cristalina, mientras los protones de hidrógeno se desplazan por ella como en un fluido.
- Presiones extraordinarias: esta fase pasa a dominar por encima de unos 200 gigapascales, casi dos millones de veces la presión atmosférica terrestre.
- Miles de grados de temperatura: el hielo hcp fue detectado en condiciones de hasta 2.357 °C, similares a las que podrían existir en las profundidades de los gigantes helados.
- Una transformación coordinada: la estructura cúbica del hielo cambia a la hexagonal mediante el deslizamiento colectivo de sus capas atómicas.
- Puede conducir la electricidad: el movimiento de los protones convierte este hielo en un material conductor, posiblemente con propiedades diferentes según la dirección.
- Una pista sobre Urano y Neptuno: sus características podrían influir en la circulación interna de materia y calor y ayudar a comprender los extraños campos magnéticos de ambos planetas.
- Todavía quedan incógnitas: falta medir directamente su conductividad, su resistencia a la deformación y su estabilidad dentro de mezclas planetarias reales.
Información facilitada por el Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón
Fuente: Alexis Forestier et al. Observation of hexagonal close-packed water ice at conditions in ice giant planetary interiors. arXiv (2026). DOI:
https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.24305
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