#96 Experimento reacende polêmica da chuva de diamantes em planetas 06/09/22

As condições no interior de planetas gigantes gelados como Netuno e Urano são extremas: as temperaturas chegam a vários milhares de graus Celsius e a pressão é milhões de vezes maior do que na atmosfera da Terra. No entanto, estados como esses podem ser simulados brevemente no laboratório: poderosos flashes de laser atingem uma amostra de material semelhante a um filme, aquecem-na a 6.000 graus Celsius por um piscar de olhos e geram uma onda de choque que comprime o material por alguns nanossegundos a um milhão de vezes a pressão atmosférica. "Até agora, usávamos filmes de hidrocarbonetos para esse tipo de experimento. E descobrimos que essa pressão extrema produzia pequenos diamantes, conhecidos como nanodiamantes." Explica Dominik Kraus, físico e professor da Universidade de Rostock.Show more

No entanto, usando esses filmes, foi apenas parcialmente possível simular o interior dos planetas – porque os gigantes de gelo não apenas contêm carbono e hidrogênio, mas também grandes quantidades de oxigênio. Ao procurar um material adequado para o filme, o grupo encontrou uma substância cotidiana: o PET, a resina da qual são feitas as garrafas plásticas comuns. “O PET tem um bom equilíbrio entre carbono, hidrogênio e oxigênio para simular a atividade em planetas de gelo”, explica Kraus. A equipe conduziu seus experimentos no Laboratório Nacional de Aceleração, na Califórnia, onde está localizado um poderoso laser de raios-X baseado em acelerador. Eles o usaram para analisar o que acontece quando flashes intensos de laser atingem um filme PET.

"O efeito do oxigênio foi acelerar a divisão do carbono e do hidrogênio e, assim, estimular a formação de nanodiamantes". "Isso significa que os átomos de carbono podem se combinar mais facilmente e formar diamantes." O que apóia ainda mais a suposição de que literalmente chove diamantes dentro dos gigantes de gelo. As descobertas provavelmente não são relevantes apenas para Urano e Netuno, mas também para inúmeros outros planetas em nossa galáxia. Embora esses gigantes de gelo costumavam ser considerados raridades, agora parece claro que eles são provavelmente a forma mais comum de planeta fora do sistema solar.

A equipe também encontrou pistas de outro tipo: em combinação com os diamantes, a água deve ser produzida – mas em uma variante incomum. A chamada água superiônica. "Os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina na qual os núcleos de hidrogênio se movem livremente." Como os núcleos são eletricamente carregados, a água superiônica pode conduzir corrente elétrica e, assim, ajudar a criar o campo magnético dos gigantes do gelo. Em seus experimentos, porém, o grupo de pesquisa ainda não conseguiu provar inequivocamente a existência de água superiônica na mistura com diamantes. Isso está planejado para acontecer em estreita colaboração com a Universidade de Rostock no XFEL europeu em Hamburgo, o laser de raios-X mais poderoso do mundo.

Além desse conhecimento bastante fundamental, o novo experimento também abre perspectivas para uma aplicação técnica: a produção sob medida de diamantes nanométricos, que já estão incluídos em abrasivos e agentes de polimento. No futuro, eles devem ser usados ​​como sensores quânticos altamente sensíveis, agentes de contraste médicos e aceleradores de reação eficientes, por exemplo, para dividir o CO2. "Até agora, diamantes desse tipo foram produzidos principalmente por explosivos detonantes", explica Kraus. "Com a ajuda de flashes de laser, eles poderiam ser fabricados de forma muito mais limpa no futuro."

Um laser de alto desempenho dispara dez flashes por segundo em um filme PET que é iluminado pelo feixe em intervalos de um décimo de segundo. Os nanodiamantes assim criados saem do filme e pousam em um tanque coletor cheio de água. Lá eles são desacelerados e podem ser filtrados e efetivamente colhidos. A vantagem essencial deste método em contraste com a produção por explosivos é que "os nanodiamantes podem ser cortados sob medida em relação ao tamanho ou até mesmo dopados com outros átomos". "Com o laser de raios-X temos uma ferramenta de laboratório que pode controlar com precisão o crescimento dos diamantes."

Em relação a controvérsia da chuva de diamantes, o experimento prova que diamantes poderia se formar no núcleo de planetas, mas não na atmosfera, ou seja, a polêmica continua.

#chuvadediamante