Thomas Dalton
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Bem no coração de mundos alienígenas, os cristais se formam sob pressões até 40 milhões de vezes mais intensas do que a pressão atmosférica na Terra e até 10 vezes mais intensas do que a pressão no núcleo do nosso planeta. Entendê-los melhor pode nos ajudar a buscar vida em outros lugares da nossa galáxia.
No momento, os cientistas não sabem quase nada sobre esses cristais misteriosos. Eles não sabem como e quando se formam, como se parecem ou como se comportam. Mas as respostas a essas perguntas podem ter implicações enormes para as superfícies desses mundos - sejam eles cobertos por magma ou gelo fluindo, ou sejam bombardeados com radiação de suas estrelas hospedeiras. A resposta, por sua vez, pode afetar a possibilidade de esses planetas abrigarem vida.
O interior desses exoplanetas é misterioso para nós porque, em nosso sistema solar, os planetas tendem a ser pequenos e rochosos, como a Terra e Marte, ou grandes e gasosos, como Saturno e Júpiter. Mas, nos últimos anos, os astrônomos descobriram que as chamadas "super-Terras" - planetas rochosos gigantes - e "mini-Neptunes" - planetas gasosos menores do que existem em nosso sistema solar - são mais comuns no resto de nossa galáxia. [9 planetas semelhantes à Terra mais intrigantes]
Como esses planetas podem ser vistos apenas como cintilações fracas na luz que vem de suas estrelas hospedeiras, muito sobre eles permanece misterioso. Eles são superdensos ou superlargos? De que são feitas as suas superfícies? Eles têm campos magnéticos? As respostas a essas perguntas, ao que parece, dependem muito de como a rocha e o ferro em seus núcleos ultrapressurizados se comportam.
Os limites da ciência atual
No momento, nossa compreensão dos exoplanetas se baseia principalmente na ampliação ou redução do que sabemos sobre os planetas em nosso próprio sistema solar, disse Diana Valencia, cientista planetária da Universidade de Toronto, no Canadá, que convocou na reunião de março do American Physical Society (APS) para físicos minerais para explorar esses materiais exoplanetários exóticos.
O problema com a abordagem de aumento de escala é que você não pode realmente entender como o ferro se comportará a 10 vezes a pressão do núcleo da Terra apenas pela multiplicação, disse ela. Nessas pressões enormes, as propriedades dos produtos químicos mudam fundamentalmente.
"Esperaríamos encontrar cristais dentro de super-Terras que não existem na Terra, ou em qualquer outro lugar da natureza", disse Lars Stixrude, um físico mineral teórico da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que fez trabalho teórico básico para calcular as propriedades desses materiais extremos. "Esses seriam arranjos únicos dos átomos que só existem em pressões muito altas."
Esses diferentes arranjos acontecem, disse ele, porque enormes pressões mudam fundamentalmente como os átomos se unem. Na superfície da Terra e até mesmo nas profundezas do nosso planeta, os átomos se conectam usando apenas os elétrons em suas camadas externas. Mas em pressões superterra, elétrons mais próximos do núcleo atômico se envolvem e mudam completamente as formas e propriedades dos materiais.
E essas propriedades químicas podem afetar o comportamento de planetas inteiros. Por exemplo, os cientistas sabem que as super-Terras prendem muito calor. Mas eles não sabem quanto - e a resposta a essa pergunta tem implicações importantes para os vulcões e as placas tectônicas desses planetas. Com as pressões internas da Terra, elementos mais leves se misturam ao núcleo de ferro, impactando o campo magnético do planeta - mas isso pode não acontecer em pressões mais altas. Até mesmo o tamanho físico das super-Terras depende da estrutura cristalina dos compostos em seus núcleos.
Mas, sem planetas desse tipo para estudar de perto em nosso próprio sistema solar, disse Valencia, os cientistas precisam recorrer a cálculos físicos básicos e experimentos para responder a esse tipo de pergunta. Mas esses cálculos geralmente apresentam respostas em aberto, disse Stixrude. Quanto aos experimentos?
"Essas pressões e temperaturas estão além da capacidade da maioria das tecnologias e experimentos que temos hoje", disse ele.
Construindo uma super-Terra na Terra normal
Na Terra, os experimentos de pressão mais extremos envolvem o esmagamento de pequenas amostras entre as pontas afiadas de dois diamantes industriais.
Mas esses diamantes tendem a quebrar muito antes de atingir as pressões da super-Terra, disse Stixrude. Para contornar as limitações dos diamantes, os físicos estão se voltando para experimentos de compressão dinâmica, do tipo realizado pelo físico mineral Tom Duffy e sua equipe na Universidade de Princeton.
Esses experimentos produzem mais pressões super-terrestres, mas apenas por frações de segundo.
"A ideia é irradiar uma amostra com um laser de alta potência, aquecer rapidamente a superfície dessa amostra e liberar um plasma", disse Duffy, que presidiu a sessão APS onde Valencia falou .
Pedaços da amostra, repentinamente aquecidos, explodem na superfície, criando uma onda de pressão que se move através da amostra. [Os laboratórios mais extremos do mundo]
"É realmente como um efeito de foguete", disse Duffy.
As amostras envolvidas são minúsculas - quase planas e têm cerca de um milímetro quadrado de área superficial, disse ele. E a coisa toda dura uma questão de nanossegundos. Quando a onda de pressão atinge a parte de trás da amostra, tudo se estilhaça. Mas, por meio de observações cuidadosas durante esses breves pulsos, Duffy e seus colegas descobriram as densidades e até mesmo as estruturas químicas do ferro e de outras moléculas sob pressões nunca antes vistas.
Ainda há muitas perguntas sem resposta, mas o estado do conhecimento na área está mudando rapidamente, disse Valencia. Por exemplo, o primeiro artigo sobre a estrutura das super-Terras (que Valencia publicou em fevereiro de 2007 no The Astrophysical Journal como um estudante de graduação em Harvard) está desatualizado porque os físicos obtiveram novas informações sobre os produtos químicos dentro de nosso próprio planeta.
Responder a essas perguntas é importante, disse Duffy, porque elas podem nos dizer se mundos alienígenas distantes têm características como placas tectônicas, fluxo de magma e campos magnéticos - e, portanto, se eles poderiam sustentar vida.
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Originalmente publicado em .