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Um estudo descobriu que a “chuva de diamantes”, um tipo exótico de precipitação há muito tempo teorizado pelos cientistas em planetas gigantes gelados, pode ser mais comum do que se pensava até agora.
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Em um experimento anterior, os autores simularam as temperaturas extremas e pressões encontradas no interior dos gigantes gelados Netuno e Urano e, pela primeira vez, observaram a tal chuva de diamantes se formando.
Investigando esse processo em um novo material que se assemelha mais à composição química de Netuno e Urano, cientistas do Laboratório Nacional de Aceleração (SLAC) do Departamento de Energia dos EUA descobriram que a presença de oxigênio aumenta a probabilidade de formação de diamantes, permitindo que eles cresçam em uma gama mais ampla de condições e em mais planetas.
Publicado na revista Science Advances nesta sexta-feira (2), o novo estudo não apenas fornece uma imagem mais completa de como a chuva de diamantes se forma em outros planetas, como também mostra de que maneira, aqui na Terra, isso poderia levar a um novo modo de fabricar nanodiamantes. Esse produto tem uma ampla gama de aplicações na entrega de medicamentos no organismo, sensores médicos, cirurgias não invasivas, fabricação sustentável e eletrônica quântica.
“O artigo anterior foi a primeira vez que vimos diretamente a formação de diamantes a partir de qualquer mistura”, disse Siegfried Glenzer, diretor da Divisão de Densidade de Alta Energia do SLAC. “Desde então, houve muitos experimentos com diferentes materiais puros. Mas dentro dos planetas, é muito mais complicado; há muito mais produtos químicos na mistura. E assim, o que queríamos descobrir aqui era que tipo de efeito esses produtos químicos adicionais têm”.
No experimento anterior, os pesquisadores estudaram um material plástico feito a partir de uma mistura de hidrogênio e carbono, componentes-chave da composição química global de Netuno e Urano. No entanto, além do carbono e do hidrogênio, os gigantes gelados contêm outros elementos, como grandes quantidades de oxigênio.
Desta vez, os pesquisadores usaram plástico PET — frequentemente usado em embalagens de alimentos, garrafas plásticas e recipientes — para reproduzir a composição desses planetas com mais precisão.
“O PET tem um bom equilíbrio entre carbono, hidrogênio e oxigênio para simular a atividade em planetas de gelo”, disse Dominik Krauss, físico do laboratório de pesquisa Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), em Dresden, e professor da Universidade de Rostock, ambos na Alemanha.
Segundo Krauss, eles usaram um laser óptico de alta potência no instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) do SLAC para criar ondas de choque no plástico PET. Então, eles sondaram o que aconteceu no material com pulsos de raios-X.
Usando um método chamado difração de raios-X, eles observaram como os átomos do material eram rearranjados em pequenas regiões de diamantes. Simultaneamente, foi usado um método chamado dispersão de pequenos ângulos, que não havia sido testado no primeiro artigo, para medir o quanto e o quão rápido essas regiões cresceram.
Com esse método adicional, a equipe pôde determinar que essas regiões de diamante cresceram até alguns nanômetros de largura. Eles descobriram que, com a presença de oxigênio no material, os nanodiamantes foram capazes de crescer a pressões e temperaturas mais baixas do que o observado anteriormente.
“O efeito do oxigênio foi acelerar a divisão do carbono e hidrogênio e, assim, incentivar a formação de nanodiamantes”, disse Krauss. “Isso significava que os átomos de carbono poderiam se combinar mais facilmente e formar diamantes”.
Os pesquisadores acreditam que os diamantes em Netuno e Urano se tornariam muito maiores do que os nanodiamantes produzidos nesses experimentos — talvez milhões de quilates em peso. Ao longo de milhares de anos, os diamantes podem lentamente afundar pelas camadas de gelo dos planetas e se reunir em uma espessa porção brilhosa em torno do núcleo planetário sólido.
De acordo com o site Phys, a equipe também encontrou evidências de que, em combinação com os diamantes, pode-se formar também água superiônica. Esta fase recentemente descoberta da água, muitas vezes descrita como “gelo quente e negro”, existe a temperaturas e pressões extremamente altas.
Nessas condições extremas, moléculas de água se rompem e átomos de oxigênio formam uma rede de cristal na qual os núcleos de hidrogênio flutuam livremente. Como esses núcleos flutuantes são eletricamente carregados, a água superiônica pode conduzir corrente elétrica e, eventualmente, explicar os campos magnéticos incomuns em Urano e Netuno.
A pesquisa também indica um caminho potencial para a produção de nanodiamantes por compressão de choque movida a laser de plásticos PET baratos. Embora já incluídos em abrasivos e agentes de polimento, no futuro, essas pequenas pedras poderiam potencialmente ser usadas para sensores quânticos, agentes de contraste médico e aceleradores de reação para energia renovável.
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“A maneira como os nanodiamantes são feitos atualmente é pegando um monte de carbono ou diamante e detonando-o com explosivos”, disse o cientista e colaborador do SLAC Benjamin Ofori-Okai. “Isso cria nanodiamantes de vários tamanhos e formas, e é difícil de controlar. O que estamos vendo neste experimento é uma reatividade diferente da mesma espécie sob alta temperatura e pressão. Em alguns casos, os diamantes parecem estar se formando mais rápido do que outros, o que sugere que a presença desses outros produtos químicos pode acelerar esse processo. A produção de laser poderia oferecer um método mais limpo e mais facilmente controlado para produzir nanodiamantes. Se pudermos projetar maneiras de mudar algumas coisas sobre a reatividade, podemos mudar a rapidez com que elas se formam e, portanto, quão grandes elas ficam”.
Para mais adiante, os pesquisadores estão planejando experimentos semelhantes usando amostras líquidas contendo etanol, água e amônia — basicamente do que Urano e Netuno são feitos — o que os aproximará ainda mais de entender exatamente como a chuva de diamantes se forma em outros planetas.
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