Em Neptuno e Urano chovem diamantes. Cientistas dizem (finalmente) saber como

No interior destes dois planetas chovem diamantes, e agora os cientistas conduziram novas experiências de forma a perceber como é que isso é possível.

A hipótese levantada pelos cientistas é de que o calor e a pressão intensos, milhares de quilómetros abaixo da superfície destes gigantes de gelo dividem os compostos de hidrocarbonetos, o carbono comprimido em diamante e afunda-o ainda mais em direção aos núcleos planetários.

A nova investigação usou o laser de raios-X do Laboratório Nacional de Aceleradores do SLAC (LCLS) para medições precisas de como esse processo de ‘chuva de diamantes’ deve ocorrer – e descobriu que o carbono transita diretamente para diamante cristalino.

“Esta pesquisa fornece dados sobre um fenómeno que é muito difícil de modelar computacionalmente: a ‘miscibilidade’ de dois elementos, ou como eles se combinam quando misturados”, explicou o físico Mike Dunne, diretor do LCLS.

Neptuno 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 e apenas para um sobrevôo, nunca foi conseguida uma viagem com grande duração

Mas gigantes do gelo são extremamente comuns na Via Láctea, de acordo com a NASA, exoplanetas do tipo de Neptuno 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 os seus exteriores azuis serenos.

Sabemos que as atmosferas de Neptuno e Urano são compostas principalmente de hidrogénio e hélio, com uma pequena quantidade de metano. Abaixo dessas camadas atmosféricas, um fluido denso de materiais “gelados”, como água, metano e amónia, envolve o núcleo do planeta.

Cálculos e experimentos de décadas anteriores mostraram que, com pressão e temperatura suficientes, o metano pode ser dividido em diamantes – sugerindo que os diamantes se podem formar dentro desse material quente e denso.

Um ensaio anterior no SLAC, liderado pelo físico Dominik Kraus, no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, na Alemanha, usou a difração de raios-X para demonstrá-lo. Agora Kraus e sua equipa levaram as suas pesquisas um passo adiante.

“Agora temos uma nova abordagem muito promissora, baseada na dispersão de raios-X”, disse Kraus sobre os seus últimos esforços. “As nossas experiências estão a fornecer parâmetros importantes do modelo, onde antes só tínhamos uma incerteza massiva. Isso tornar-se-á cada vez mais relevante quanto mais exoplanetas descobrirmos”.

É um desafio replicar o interior de planetas gigantes aqui na Terra. É necessário um equipamento bastante complexo – é onde entra o LCLS. Adicionalmente é necessário um material que replique as coisas dentro desse planeta gigante. Para isso, a equipa 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 Neptuno 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 4.727 graus Celsius, o que também cria uma pressão intensa.

“Produzimos cerca de 1,5 milhões de bars, o que equivale à pressão exercida pelo peso de cerca de 250 elefantes africanos na superfície de uma miniatura”, disse Kraus.

“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.

Isto é importante, porque há algo realmente estranho em Neptuno. O seu interior é muito mais quente do que deveria; de facto, liberta 2,6 vezes mais energia do que absorve do sol.

Se os diamantes – mais densos que o material ao seu redor – estão a chover no interior do planeta podem estar a libertar energia gravitacional, que é convertida em calor gerado pelo atrito entre os diamantes e o material ao seu redor.

Este estudo sugere que não precisamos encontrar uma explicação alternativa, pelo menos por enquanto. E também mostra um método que poderíamos usar para “sondar” os interiores de outros planetas no Sistema Solar.

A investigação foi publicada na Nature Communications.