Cientistas produziram novas evidências experimentais mostrando como a chuva de diamantes pode se formar em Urano e Netuno.
A hipótese é de que o calor e a pressão extrema, milhares de quilômetros abaixo da superfície desses gigantes do gelo, podem dividir os compostos de hidrocarbonetos. Como o carbono comprimido “vira” diamante, os cientistas acreditam que pode ocorrer uma “chuva de diamantes” nos núcleos desses planetas.
O novo experimento usou o laser de raios-X da fonte de luz coerente Linac (LCLS) do Laboratório Nacional de Aceleradores do SLAC para as medições mais precisas de como esse processo de “chuva de diamantes” 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 de plasma Dr. Mike Dunne, diretor do LCLS, e não listado como autor do estudo.
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“No artigo eles viram como dois elementos se separam. Em outras palavras, como fazer para 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 para 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.
A composição desses planetas e a formação dessas pedras preciosas
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, existe um fluido super-denso e de materiais “gelados”, como água, metano e amônia, que envolve o núcleo do planeta.
Cálculos e experimentos de décadas anteriores mostraram que, com pressão e temperatura suficientes, o metano pode ser transformado em diamantes – sugerindo que os diamantes podem se formar dentro desse material quente e denso.
Um experimento anterior no SLAC, liderado pelo físico Dr. Dominik Kraus, no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, na Alemanha, usou difração de raios-X para demonstrá-lo. Agora Dr. Kraus e sua equipe levaram suas pesquisas um passo adiante.
“Agora temos uma nova abordagem muito promissora, baseada na dispersão de raios-X”, disse Dr. Kraus sobre seus últimos trabalhos. “Nossas experiências estão fornecendo parâmetros importantes do modelo, onde, antes, tínhamos uma incerteza massiva. Isso se tornará cada vez mais relevante quanto mais exoplanetas descobrirmos”.
Como a pesquisa descobriu a chuva de diamantes?
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 que acontecem dentro desses planetas 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 (4.727 graus Celsius). Isso também cria pressão intensa.
“Produzimos cerca de 1,5 milhão de bars, o que equivale à pressão exercida pelo peso de cerca de 250 elefantes africanos na superfície de um polegar”, disse Kraus.
No novo experimento, a equipe usou um método diferente dos anteriores, e mediu como os raios X espalham 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 sendo criados 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.
Quais as aplicações para o futuro
Este experimento sugere que não precisamos encontrar uma explicação alternativa. 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 dos planetas e sistemas, bem como apoiar experimentos para possíveis formas futuras de energia por fusão”.