¿Qué tan grande debería ser una esfera de agua en el espacio antes de que la presión en el centro de la compresión gravitacional haga que sucedan cosas interesantes? ¿Qué podría suceder como resultado?

Contestaré esto suponiendo que haya suficiente agua para que se mantenga unida por su propia gravedad. Este límite de masa se llama Jean’s Mass (http://en.wikipedia.org/wiki/Jea…). Por cierto, me impresionó mucho que Wolfram Alpha pudiera calcular esto de inmediato. Necesitarías ~ 15% de la masa de agua de la Tierra para que comience a mantenerse unida por su propia gravedad (http://www.wolframalpha.com/inpu…).

Una vez que tenemos una esfera de agua autogravitante, existen en general dos resultados posibles.

  • Caso aburrido: si la masa es lo suficientemente baja (por ejemplo, la masa de Júpiter), entonces el objeto se comportará como un planeta y se contraerá muy lentamente, emitiendo algo de energía en el infrarrojo debido a esta contracción a medida que se enfría. Este tipo de objetos están en todo el universo y se denominan enanas marrones (http://en.wikipedia.org/wiki/Bro…). Básicamente son objetos que no son lo suficientemente masivos como para iniciar la fusión de hidrógeno en sus núcleos.
  • Caso emocionante: si la masa es lo suficientemente alta (aproximadamente 75 masas de Júpiter, o una centésima parte de la masa del Sol), entonces comenzará a fusionar hidrógeno en su núcleo (http://www.newscientist.com/arti…). Si comenzamos con una masa de agua pura, entonces tendremos una cantidad significativa de hidrógeno para fusionar en el núcleo de nuestra esfera de agua. La temperatura de nuestro objeto será lo suficientemente alta como para que todas las moléculas de agua se disocien en átomos de hidrógeno y oxígeno. A medida que profundizamos en nuestra “estrella de agua”, el hidrógeno y el oxígeno se ionizarán cada vez más (al igual que en el Sol). En el núcleo, tendremos una fusión termonuclear que continuará a través de la cadena protón-protón (http://en.wikipedia.org/wiki/Pro…) o, dado que también hay oxígeno, el ciclo CNO (http: //en.wikipedia.org/wiki/CNO…), dependiendo de qué tan masiva sea la estrella. A partir de aquí, es solo otra estrella (aunque con una composición rica en oxígeno muy inusual), y su trayectoria de vida estará determinada por su masa. Si es lo suficientemente masivo, más tarde comenzará a quemar oxígeno en su núcleo y tendrá el mismo futuro que otras estrellas masivas, probablemente muriendo en una supernova de colapso del núcleo (http://en.wikipedia.org/wiki/Cor…). Si no es lo suficientemente masivo (p. Ej., La masa del Sol), entonces no podrá quemar oxígeno y simplemente dejará de producir energía, convirtiéndose en un ascua refrescante de una estrella: una enana blanca (http: //en.wikipedia .org / wiki / Whi …). ¡Sigue siendo un viaje emocionante para lo que comenzó como un montón de agua!

El diagrama de fase para el agua le dice qué forma toma el agua a cada presión y temperatura:
Bajo la gravedad de la Tierra, 10,3 metros de agua producen el equivalente de la presión atmosférica. El radio de la Tierra es de 6378 kilómetros, lo que daría 620,000 bar, pero la gravedad disminuye con la profundidad, por lo que se reduce a la mitad a 310,000 bar. Finalmente, la densidad de la Tierra es 5.52 veces la del agua, por lo que una esfera de agua del tamaño de la Tierra tendría una presión de 56 kilobar en el centro, suponiendo por el momento que el agua no se comprima. Suponiendo que la esfera esté a una temperatura de 300K amigable para los humanos, lo cual parece razonable ya que la conductividad es probablemente buena y el agua líquida o tal vez incluso el hielo blando pueden convencer, será líquido hasta una presión de 9500 bar, alcanzada a una profundidad de aproximadamente 9 % del radio, alrededor de 575 km / 350 millas hacia abajo, donde se convierte en Ice VI, luego Ice VII desde 21kbar a aproximadamente el 21% del radio, hasta el centro.

Una esfera de agua de hasta un 41% de radio terrestre a 300K no alcanzaría suficiente presión para solidificarse en el centro.

Al levantar la suposición de incompresibilidad, Ice VII en realidad tiene una densidad alrededor de 1.65 veces la del agua normal, por lo que estos radios deben ajustarse un poco, aunque no estamos llegando a ninguna parte cerca de la siguiente fase, Ice X. Esto requeriría aproximadamente 10 veces mucha presión y aproximadamente 3 veces el radio, por lo que unas 30 masas terrestres sin compresibilidad, menos con compresibilidad. De allí al Hielo IX se necesitaría otro factor de presión de aproximadamente 20 y varios miles de masas terrestres, menos con compresibilidad.

Si la conducción es deficiente y la convección no es efectiva en Ice VII, es posible que el núcleo permanezca más caliente sin derretirse, aunque no más de un par de cientos de grados adicionales. Un poco más y se derretiría y rápidamente perdería calor por convección.

Si esto es correcto, las temperaturas no estarán cerca de los millones de grados necesarios para comenzar la fusión. La diferencia con los casos de Júpiter y super-Júpiter puede ser que el hidrógeno se convierte en hidrógeno metálico sólido a alta presión, incluso con alto calor.