No fundo dos corações de Netuno e Urano, poderia estar chovendo diamantes. Agora, os cientistas produziram novas evidências experimentais mostrando como isso poderia ser possível.
A hipótese é de que o calor e a pressão intensos, milhares de quilômetros abaixo da superfície desses gigantes do gelo, devem dividir os compostos de hidrocarbonetos, com o carbono comprimido em diamante e afundando ainda mais em direção aos núcleos planetários.
O novo experimento usou o laser de raios-X da fonte de luz do Linac Coherent Light Source – LCLS – do Laboratório Nacional de Aceleradores para as medições mais precisas ainda de como esse processo de “chuva de diamante” deve ocorrer – e descobriu que o carbono transita diretamente em diamante cristalino.
“Esta pesquisa fornece dados sobre um fenômeno que é muito difícil de modelar computacionalmente: a ‘miscibilidade’ de dois elementos, ou como eles se combinam quando misturados”, explicou o físico do plasma Mike Dunne, diretor do LCLS.
“Aqui eles vêem como dois elementos se separam, como fazer com que a maionese se separe novamente em óleo e vinagre.”
Netuno e Urano são os planetas mais mal compreendidos no Sistema Solar. Eles estão proibitivamente distantes – apenas uma única sonda espacial, a Voyager 2, chegou perto deles, e apenas para um sobrevôo, não uma missão de longo prazo dedicada.
Mas gigantes do gelo são extremamente comuns na Via Láctea, de acordo com a NASA, exoplanetas do tipo Netuno são 10 vezes mais prevalentes do que os exoplanetas do tipo Júpiter.
Portanto, entender os gigantes do gelo do nosso Sistema Solar é vital para entender os planetas em toda a galáxia. E para entendê-los melhor, precisamos saber o que acontece sob seus exteriores azuis serenos.
Sabemos que as atmosferas de Netuno e Urano são compostas principalmente de hidrogênio e hélio, com uma pequena quantidade de metano. Abaixo dessas camadas atmosféricas, um fluido super-denso e super denso de materiais “gelados”, como água, metano e amônia, envolve o núcleo do planeta.
E cálculos e experimentos de décadas anteriores mostraram que, com pressão e temperatura suficientes, o metano pode ser dividido em diamantes – sugerindo que os diamantes podem se formar dentro desse material quente e denso.
Um experimento anterior no SLAC, liderado pelo físico Dominik Kraus no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, na Alemanha, usou difração de raios-X para demonstrá-lo. Agora Kraus e sua equipe levaram suas pesquisas um passo adiante.
“Agora temos uma nova abordagem muito promissora, baseada na dispersão de raios-X”, disse Kraus sobre seus últimos esforços. “Nossas experiências estão fornecendo parâmetros importantes do modelo, onde antes só tínhamos uma incerteza massiva. Isso se tornará cada vez mais relevante quanto mais exoplanetas descobrirmos”.
É um desafio replicar o interior de planetas gigantes aqui na Terra. Você precisa de um equipamento bastante intenso – esse é o LCLS. E você precisa de um material que replique as coisas dentro desse planeta gigante. Para isso, a equipe usou o poliestireno hidrocarboneto (C8H8) no lugar do metano (CH4).
O primeiro passo é aquecer e pressurizar o material para replicar as condições dentro de Netuno a uma profundidade de cerca de 10.000 km: pulsos de laser óptico geram ondas de choque no poliestireno, que aquece o material até cerca de 5.000 Kelvin ou 4.727 graus Celsius. Também cria pressão intensa.
“Produzimos o que equivale à pressão exercida pelo peso de cerca de 250 elefantes africanos na superfície de uma miniatura”, disse Kraus.
No experimento anterior, a difração de raios-X foi usada para sondar o material. Isso funciona bem para materiais com estruturas cristalinas, mas menos com moléculas não cristalinas, de modo que a imagem estava incompleta. No novo experimento, a equipe usou um método diferente, medindo como os raios X espalharam os elétrons no poliestireno.
Isso permitiu não apenas observar a conversão de carbono em diamante, mas também o que acontece com o restante da amostra – ele se divide em hidrogênio. E praticamente não há carbono restante.
“No caso dos gigantes do gelo, agora sabemos que o carbono forma quase exclusivamente diamantes quando se separa e não assume uma forma de transição fluida”, disse Kraus.
Isso é importante, porque há algo realmente estranho em Netuno. Seu interior é muito mais quente do que deveria; de fato, liberta 2,6 vezes mais energia do que absorve do sol.
Se os diamantes – mais densos que o material ao seu redor – estão chovendo no interior do planeta, eles podem estar liberando energia gravitacional, que é convertida em calor gerado pelo atrito entre os diamantes e o material ao seu redor.
Este experimento sugere que não precisamos encontrar uma explicação alternativa … ainda não, pelo menos. E também mostra um método que poderíamos usar para “sondar” os interiores de outros planetas no Sistema Solar.
“Essa técnica nos permitirá medir processos interessantes que são difíceis de recriar”, disse Kraus.
“Por exemplo, poderemos ver como o hidrogênio e o hélio, elementos encontrados no interior de gigantes gasosos como Júpiter e Saturno, se misturam e se separam sob essas condições extremas. É uma nova maneira de estudar a história evolutiva de planetas e planetas. sistemas, bem como apoiar experimentos para possíveis formas futuras de energia da fusão”.
A pesquisa foi publicada na Nature Communications.
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