Nas profundezas de Netuno e Urano acontece um fenômeno que parece ficção científica: diamantes podem literalmente cair através das camadas internas desses planetas. Agora, pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), nos Estados Unidos, conseguiram reproduzir condições ainda mais extremas do interior desses gigantes gelados. Além de ajudar a entender os planetas, o experimento revelou uma possível maneira de aumentar significativamente a produção de energia em sistemas de fusão nuclear.
Cientistas recriaram condições extremas de Netuno e Urano
A chamada “chuva de diamantes” ocorre porque as condições dentro de Netuno e Urano são radicalmente diferentes das encontradas na superfície da Terra.
Pressões e temperaturas enormes podem separar o carbono presente em compostos químicos e favorecer sua transformação em estruturas cristalinas de diamante.
Experimentos realizados anos atrás já haviam reproduzido parcialmente esse processo utilizando amostras microscópicas atingidas por lasers extremamente poderosos.
Desta vez, a equipe do LLNL conseguiu ir além.
Os pesquisadores comprimiram pequenas amostras de diamante utilizando ondas de choque. Durante alguns instantes, o material atingiu temperaturas superiores às da superfície do Sol e pressões maiores que aquelas existentes no centro de Netuno e Urano.
Mesmo nessas condições, os cientistas conseguiram medir a estrutura atômica, temperatura, densidade e propriedades ópticas do material.
Diamante permaneceu sólido até começar a derreter
O estudo, publicado na revista Nature Physics, também revelou detalhes inesperados sobre o comportamento do carbono.
Modelos computacionais anteriores indicavam que o diamante poderia passar por uma fase intermediária antes de derreter completamente sob pressões extremas.
Os novos experimentos não encontraram evidências desse estágio.
Em vez disso, os átomos de carbono permaneceram presos à estrutura cristalina característica do diamante até o momento em que o derretimento começou.
Segundo Marius Millot, físico do LLNL e principal autor do estudo, isso pode acontecer porque a amostra é submetida a apenas uma onda de choque extremamente rápida.
O material simplesmente não teria tempo suficiente para reorganizar sua estrutura antes de começar a derreter.
Experimento pode melhorar a fusão nuclear
A descoberta não interessa apenas aos cientistas que estudam planetas.
Ela também pode ter consequências importantes para pesquisas sobre fusão nuclear por confinamento inercial.
Esse é justamente o método utilizado na National Ignition Facility (NIF), também localizada no Lawrence Livermore National Laboratory.
Nesse sistema, lasers extremamente potentes atingem uma pequena cápsula contendo combustível. A energia comprime o material violentamente até criar as condições necessárias para iniciar reações de fusão.
Em 2022, experimentos realizados no NIF alcançaram um marco histórico ao produzir, pela primeira vez, mais energia de fusão do que aquela entregue diretamente pelos lasers ao alvo.
Uma onda de choque mais lenta pode produzir mais energia
As cápsulas utilizadas nesses experimentos podem incluir uma camada de diamante. Durante a implosão, esse material precisa derreter de maneira uniforme para que o combustível seja comprimido adequadamente.
Os novos resultados sugerem que isso pode ser conseguido utilizando uma onda de choque inicial ligeiramente mais lenta do que se imaginava necessário.
Essa pequena diferença pode ter um efeito importante.
Uma compressão inicial menos intensa deixaria o combustível mais compressível nas etapas seguintes. Segundo os pesquisadores, isso poderia aumentar significativamente a quantidade máxima de energia obtida utilizando a mesma energia dos lasers.
Em determinadas configurações, o ganho energético poderia chegar a aproximadamente três vezes o obtido atualmente.
Uma janela para ambientes impossíveis de visitar
Os experimentos também ajudam a resolver um problema fundamental da ciência planetária: ninguém consegue simplesmente enviar uma sonda para medir diretamente o interior de Netuno ou Urano.
As pressões investigadas chegam à escala dos terapascals, equivalentes a dezenas de milhões de vezes a pressão atmosférica terrestre.
Por isso, reproduzir essas condições em laboratório oferece dados fundamentais para aperfeiçoar modelos computacionais sobre o interior desses planetas.
Realizar as medições, porém, é extremamente difícil. Os pesquisadores utilizaram difração de raios X para observar a estrutura do carbono durante os impactos.
Como o carbono é um átomo relativamente pequeno e leve, ele espalha poucos raios X, produzindo um sinal muito fraco.
Ainda assim, os cientistas conseguiram acompanhar o diamante até seu derretimento. O resultado conecta dois campos aparentemente distantes: entender a estranha chuva de diamantes de mundos localizados a bilhões de quilômetros da Terra e desenvolver uma das tecnologias mais promissoras para produzir energia por fusão nuclear.
