Estimación de la Porosidad en hielos de interés astrofísico mediante técnicas ultrasónicas. IceUs

La porosidad de un hielo está relacionada con los procesos de formación y evolución del mismo. Una porosidad alta permite que el agua se mezcle con otras moléculas y se produzcan reacciones químicas en el interior o sobre la superficie del hielo. La porosidad afecta a la espectroscopía infrarroja de hielos de interés astrofísico. Uno de los grandes logros de la misión ESA-Rosetta fue la medida precisa de la porosidad en el núcleo del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
En el laboratorio, la medida de la porosidad en hielos se suele realizar de manera indirecta, por medio de la espectroscopía, obteniendo una información sesgada y poco cuantitativa de la porosidad, pues el valor obtenido también depende de la morfología superficial del hielo. En astrofísica, además de agua, el hielo interestelar o el observado en numerosos objetos del Sistema Solar está compuesto de especies como el CO, CO2, CH3OH, CH4, NH3, etc.
Se propone el estudio y desarrollo de una metodología para estimar la porosidad en hielos de interés astrofísico mediante técnicas ultrasónicas. El sistema está basado en la emisión y recepción de un pulso de ultrasonidos a través de la muestra. Para ello se deberá determinar qué parámetros ultrasónicos son sensibles a la porosidad estableciendo un modelo que relacione estos parámetros ultrasónicos con la porosidad. Será necesario estudiar como propagar las ondas ultrasónicas a temperaturas inferiores a 10 K en una estructura bicapa formada por un sustrato en el cual se deposita el hielo cuyo espesor es de aproximadamente 10 μm. Con la complicación añadida de que el proceso de formación del hielo se produce en una cámara de ultra-alto-vacío, permitiendo caracterizar y monitorizar el hielo durante su formación y posterior irradiación o calentamiento. Se realizarán varias pruebas experimentales para validar el sistema con hielo de agua, por ser éste el más conocido. Posteriormente, el estudio de la porosidad se extenderá a hielos cuya porosidad ha sido poco estudiada como el CO.
Como continuación de este proyecto, esperamos utilizar el sistema optimizado para medir la porosidad de hielo formado durante un vuelo parabólico en condiciones de baja gravedad.