Descoberta forma de gelo que só derrete em temperaturas extremamente altas - Universo Racionalista

Coisas estranhas acontecem dentro dos planetas, onde materiais familiares estão sujeitos a pressões e calor extremos.

Os átomos de ferro provavelmente dançam dentro do núcleo interno sólido da Terra, e o gelo quente, preto e pesado – que é sólido e líquido ao mesmo tempo – provavelmente se forma dentro dos gigantes gasosos ricos em água, Urano e Netuno.

Há cinco anos, os cientistas recriaram este gelo exótico, chamado gelo superiônico, pela primeira vez em experiências de laboratório; e há quatro anos confirmaram sua existência e estrutura cristalina.

Então, no ano passado, pesquisadores de várias universidades nos Estados Unidos e do laboratório Stanford Linear Accelerator Center, na Califórnia (SLAC), descobriram uma nova fase de gelo superiônico.

A sua descoberta aprofunda a nossa compreensão da razão pela qual Urano e Neptuno têm campos magnéticos tão desequilibrados com múltiplos pólos.

Do nosso ambiente terrestre, você seria perdoado por pensar que a água é uma molécula simples, em forma de cotovelo, composta de um átomo de oxigênio ligado a dois hidrogênios que se estabelecem em uma posição fixa quando a água congela.

O gelo superiônico é estranhamente diferente, mas pode estar entre as formas de água mais abundantes no Universo – supostamente preenchendo não apenas o interior de Urano e Netuno, mas também de exoplanetas semelhantes.

Esses planetas têm pressões extremas de 2 milhões de vezes a da atmosfera da Terra e interiores tão quentes quanto a superfície do Sol – que é onde a água fica estranha.

Os cientistas confirmaram em 2019 o que os físicos haviam previsto em 1988: uma estrutura onde os átomos de oxigênio no gelo superiônico estão presos em uma rede cúbica sólida, enquanto os átomos de hidrogênio ionizado são soltos, fluindo através dessa rede como os elétrons através dos metais.

Isso confere ao gelo superiônico suas propriedades condutoras. Também aumenta o seu ponto de fusão de tal forma que a água congelada permanece sólida em temperaturas extremas.

Neste último estudo, a física Arianna Gleason, da Universidade de Stanford, e seus colegas bombardearam finas lascas de água, imprensadas entre duas camadas de diamante, com alguns lasers ridiculamente poderosos.

Ondas de choque sucessivas aumentaram a pressão para 200 GPa (2 milhões de atmosferas) e as temperaturas até cerca de 5.000 K (8.500 °F) – mais quentes do que as temperaturas das experiências de 2019, mas as pressões mais baixas.

“Descobertas recentes de exoplanetas semelhantes a Netuno, ricos em água, exigem uma compreensão mais detalhada do diagrama de fases da [água] em condições de pressão-temperatura relevantes para seus interiores planetários”, explicam Gleason e colegas em seu artigo publicado em 2022, de janeiro de 2022.

A difração de raios-x revelou então a estrutura cristalina do gelo denso e quente, apesar das condições de pressão e temperatura serem mantidas apenas por uma fração de segundo.

Os padrões de difração resultantes confirmaram que os cristais de gelo eram na verdade uma nova fase distinta do gelo superiônico observado em 2019. O gelo superiônico recém-descoberto, ice XIX, tem uma estrutura cúbica centrada no corpo e maior condutividade em comparação com seu antecessor de 2019, Ice XVIII.

A condutividade é importante aqui porque partículas carregadas em movimento geram campos magnéticos. Esta é a base da teoria do dínamo, que descreve como a agitação de fluidos condutores, como o manto da Terra ou dentro de outro corpo celeste, dá origem a campos magnéticos.

Se mais do interior de um gigante gelado semelhante a Netuno fosse absorvido por um sólido pastoso e menos por um líquido em turbilhão, então isso mudaria o tipo de campo magnético produzido.

E se perto do seu núcleo esse planeta tivesse duas camadas superiônicas de condutividades diferentes, como Gleason e colegas sugerem que Neptuno pode conter, então o campo magnético gerado pela camada líquida exterior interagiria com cada uma delas de forma diferente, tornando as coisas ainda mais estranhas.

Estrutura interior de Netuno com duas camadas de gelo superiônico sólido (Gelo XIX em azul; Gelo XVIII em verde) sob uma camada de líquido iônico que se acredita gerar o campo magnético do planeta. (Gleason et al., Scientific Reports, 2023)

Gleason e colegas concluem que a condutividade aumentada de uma camada de gelo superiônico semelhante ao Gelo XIX promoveria a geração de campos magnéticos multipolares instáveis, como os que emanam de Urano e Netuno.

Se assim for, seria um resultado satisfatório mais de 30 anos depois de a sonda espacial Voyager II da NASA, lançada em 1977, ter passado pelos dois gigantes gelados do nosso Sistema Solar e medido os seus campos magnéticos altamente incomuns.

Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert

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