'Chuva de diamantes' em planetas gelados gigantes pode ser mais comum do que se pensava

Pesquisadores do SLAC descobriram que o oxigênio aumenta essa precipitação exótica, revelando um novo caminho para produzir nanodiamantes aqui na Terra.

Por Ali Sundermier

Um novo estudo descobriu que a “chuva de diamantes”, um tipo exótico de precipitação há muito hipotético em planetas gigantes de gelo, pode ser mais comum do que se pensava anteriormente.

Em um experimento anterior, os pesquisadores imitaram as temperaturas e pressões extremas encontradas nas profundezas dos gigantes de gelo Netuno e Urano e, pela primeira vez, observaram a chuva de diamantes enquanto se formava.

Investigando esse processo em um novo material que se assemelha mais à composição química de Netuno e Urano, cientistas do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia e seus colegas descobriram que a presença de oxigênio torna a formação de diamantes mais provável, permitindo que eles se formem e cresçam. em uma gama mais ampla de condições e em mais planetas.

O novo estudo fornece uma imagem mais completa de como a chuva de diamantes se forma em outros planetas e, aqui na Terra, pode levar a uma nova forma de fabricar nanodiamantes, que têm uma ampla gama de aplicações na administração de medicamentos, sensores médicos, cirurgia não invasiva, manufatura 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 Alta Densidade de Energia da SLAC. "Desde então, tem havido muitos experimentos com diferentes materiais puros. Mas dentro dos planetas, é muito mais complicado; há muito mais produtos químicos na mistura. E então, o que queríamos descobrir aqui era que tipo de efeito desses produtos químicos adicionais."

A equipe, liderada pelo Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e pela Universidade de Rostock, na Alemanha, bem como pela École Polytechnique da França, em colaboração com o SLAC, publicou os resultados hoje na Science Advances.

No experimento anterior, os pesquisadores estudaram um material plástico feito de uma mistura de hidrogênio e carbono, componentes-chave da composição química geral de Netuno e Urano. Mas além de carbono e hidrogênio, os gigantes do gelo contêm outros elementos, como grandes quantidades de oxigênio.

No experimento mais recente, 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 gelados", disse Dominik Kraus, físico da HZDR e professor da Universidade de Rostock.

Os pesquisadores usaram um laser óptico de alta potência no instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) na Linac Coherent Light Source (LCLS) do SLAC para criar ondas de choque no PET. Em seguida, eles investigaram o que aconteceu no plástico com pulsos de raios-X do LCLS.

Usando um método chamado difração de raios-X, eles observaram como os átomos do material se reorganizavam em pequenas regiões de diamante. Eles usaram simultaneamente outro método chamado dispersão de ângulo pequeno, que não havia sido usado no primeiro artigo, para medir a rapidez e o tamanho dessas regiões. Usando esse método adicional, eles foram capazes de 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 as observadas anteriormente.

"O efeito do oxigênio foi acelerar a divisão do carbono e do hidrogênio e, assim, estimular a formação de nanodiamantes", disse Kraus. "Isso significava que os átomos de carbono poderiam se combinar mais facilmente e formar diamantes."

Os pesquisadores preveem que os diamantes em Netuno e Urano se tornariam muito maiores do que os nanodiamantes produzidos nesses experimentos – talvez milhões de quilates de peso. Ao longo de milhares de anos, os diamantes podem afundar lentamente nas camadas de gelo dos planetas e formar uma espessa camada de diamantes ao redor do núcleo sólido do planeta.