A estrutura interna dos planetas externos do sistema solar ainda é um mistério para os astrônomos. No caso de Júpiter, a sonda espacial Juno da NASA ajuda a resolver este mistério. E no laboratório terrestre, os pesquisadores encontraram pistas que permitem que você olhe bem dentro dos gigantes de gelo Netuno e Urano. E descobriu-se que pode haver chuvas de diamantes lá.
Uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu mostrar que os compostos de hidrocarbonetos estão se dividindo dentro dos planetas gigantes de gelo - Netuno e Urano. Isso transforma o carbono em uma "chuva de diamantes".
Cientistas do Helmholtz Center em Dresden-Rossendorf (HZDR), em colaboração com seus colegas alemães e americanos, foram capazes de mostrar que "chuvas de diamantes" se formam dentro dos gigantes de gelo de nosso sistema solar. Com a ajuda de lasers de raios-X de ultra-alta potência e outras instalações do Laboratório Nacional de Aceleração de Stanford (SLAC), na Califórnia, as estruturas internas de gigantes espaciais foram simuladas. Graças a isso, os cientistas puderam pela primeira vez em tempo real observar a decomposição dos hidrocarbonetos e a transformação do carbono em diamante.
Um núcleo sólido envolto em camadas densas de "gelo" - é assim que a estrutura interna dos planetas Netuno e Urano se parece. Esse gelo espacial é composto principalmente de hidrocarbonetos, água e amônia. E por muito tempo os astrofísicos se inclinaram a pensar que a pressão extremamente alta, que prevalece aqui em profundidades de cerca de 10 mil quilômetros, leva à divisão dos hidrocarbonetos. Nesse caso, formam-se diamantes, que mergulham ainda mais nas profundezas dos planetas.
“Até agora, ninguém foi capaz de observar uma precipitação tão brilhante em um experimento direto”, disse o Dr. Dominik Kraus do HZDR. Mas foi nisso que ele e o grupo internacional de pesquisadores por ele liderado tiveram sucesso. "No decorrer da nossa pesquisa, colocamos uma forma especial de plástico - o poliestireno, que é baseado em uma mistura de carbono e hidrogênio, em condições semelhantes às existentes dentro de Netuno e Urano."
Para atingir o efeito desejado, eles enviaram duas ondas de choque através das amostras, excitadas por lasers ópticos extremamente poderosos em combinação com uma fonte de raios-X SLAC chamada Linear Coherent Light Source (LCLS). Como resultado, o plástico foi comprimido sob uma pressão de cerca de 150 Gigapascals a uma temperatura de cerca de 5.000 graus Celsius. “A primeira onda, mais fraca e lenta, foi superada pela segunda onda, mais poderosa,” explica Kraus. "E é no exato momento em que as duas ondas se cruzam que a maioria dos diamantes se forma."
Como isso dura apenas uma fração de segundo, os pesquisadores usaram a defração de raios-X de alta velocidade, que lhes forneceu um instantâneo da formação do diamante e dos processos químicos. “Experimentos mostram que quase todos os átomos de carbono se combinam para formar estruturas de diamante de tamanho nanômetro”, resume o cientista de Dresden. Com base nos resultados, os autores do estudo sugerem que os diamantes em Netuno e Urano formam estruturas significativamente maiores e se assentam lentamente no centro do planeta ao longo de milhares e milhões de anos.
“A partir dos dados experimentais que recebemos, também podemos colher informações que nos permitirão entender melhor a estrutura dos exoplanetas”, diz Kraus sobre os prospectos. Para esses gigantes espaciais fora do sistema solar, os pesquisadores podem medir apenas dois parâmetros: a massa, que é determinada a partir das oscilações posicionais de sua estrela-mãe, e o raio, que os astrônomos derivam do escurecimento que ocorre quando o planeta transita na frente do disco estelar. A relação entre os dois valores permite obter os dados iniciais sobre a estrutura química, por exemplo, se o planeta consiste em elementos leves ou pesados.
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“E os processos químicos dentro dos planetas nos contam aspectos que nos permitem tirar conclusões sobre as propriedades básicas desses corpos celestes”, continua Kraus. “Graças a isso, podemos aprimorar e aprimorar os modelos planetários já existentes na ciência. Estudos mostram que a modelagem ainda não é um método particularmente preciso."
Mas, junto com o conhecimento astrofísico, os experimentos também podem ter valor prático. Por exemplo, os nanodiamantes formados durante os experimentos podem ser usados para instrumentos eletrônicos e em tecnologia médica, bem como para cortar materiais na produção industrial. Até agora, diamantes artificiais são feitos por meio de explosões. Mas torná-los usando a tecnologia laser tornará essa produção mais limpa e controlada.
Os cientistas escreveram sobre os resultados da pesquisa em artigo publicado na revista Nature Astronomy.
