Cientistas recriam em laboratório as “chuvas de diamantes” de Úrano e Neptuno

Ainda que os diamantes criados só tenham alguns nanómetros de diâmetro, a experiência conseguiu provar que o fenómeno existe e que são precisas pressões bem mais elevadas do que o que se pensava inicialmente.

Claudia Carvalho Silva

27 de agosto de 2017

Na imagem, retirada da página do Centro de Aceleração Linear de Stanford (SLAC), é ilustrado o interior do planeta Neptuno, onde ocorrem as "chuvas de diamante"

Chamam-lhe “chuva de diamantes” mas trata-se, mais especificamente, de um afundamento de diamantes de grandes dimensões pelos oceanos (compostos por água, amoníaco e hidrocarbonetos) de Úrano e Neptuno — os dois planetas mais longínquos no Sistema Solar, se deixarmos de parte o anão Plutão — até chegarem ao núcleo sólido. Segundo um estudo publicado esta semana na revista Nature Astronomy, uma equipa de investigadores conseguiu recriar as condições que existem “a cerca de dez mil quilómetros abaixo das superfícies” dos dois planetas e assistiu, em tempo real, à formação de pequenos diamantes.

“Pela primeira vez, os cientistas conseguiram observar a fissão de hidrocarbonetos e a conversão do carbono em diamantes em tempo real”, lê-se num comunicado publicado na página do laboratório de investigação alemão Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a que pertence o coordenador do estudo.

A equipa de investigadores, coordenada pelo alemão Dominik Kraus, usou dois tipos de laser para produzir ondas de choque, aplicados em poliestireno — o plástico que expandido dá origem ao esferovite, que é composto por hidrogénio e carbono, tal como os compostos existentes oceanos de Úrano e Neptuno. A combinação das ondas de choque comprimiu (a uma pressão de 150 gigapascal, superior à existente no centro da Terra) e aqueceu (a cerca de 5000ºC) o poliestireno, levando à formação dos diamantes que incorporaram quase todos os átomos de carbono presentes no plástico. Estas condições foram recriadas no Centro de Aceleração Linear da Universidade de Stanford (SLAC, na sigla inglesa), nos EUA.

Todo este processo durou uma fracção de segundo e os diamantes produzidos em laboratório são minúsculos, apenas com alguns nanómetros de diâmetro. Mas a equipa responsável pelo estudo admite que no interior dos dois planetas, os diamantes devem ser bem maiores. “Estes diamantes afundam-se porque são mais pesados do que o meio envolvente”, explica Dominik Kraus, citado pelo Guardian.

No artigo científico publicado na Nature Astronomy, é referido que “há mais de três décadas” que se discutem os efeitos das reacções de hidrocarbonetos (moléculas compostas por carbono e hidrogénio, como o metano) e da precipitação de diamantes nos planetas gasosos como Neptuno e Úrano.

A sala do SLAC onde foram recriadas as elevadas temperaturas e pressões existentes em Úrano e Neptuno. Fotografia retirada do site do SLAC

Ainda que ambos os planetas tenham núcleos sólidos e atmosferas ricas em hélio e hidrogénio, uma grande parte dos dois planetas é constituída por um oceano de água, amoníaco e hidrocarbonetos. Os investigadores já tinham previsto anteriormente que, nestes planetas, as elevadas pressões e temperaturas produziam diamantes que “choviam” em direcção ao interior dos planetas, até atingirem o núcleo sólido (formando, possivelmente, uma camada em torno do núcleo), num processo que pode demorar milhares de anos. Mas só agora surge a confirmação empírica.

“Os nossos resultados mostram a necessidade de elevadas temperaturas para que se inicie a separação carbono-hidrogénio e dão a entender que a precipitação de diamantes pode exigir pressões dez vezes superiores àquelas inicialmente indicadas”, lê-se na Nature Astronomy. Esta separação é necessária à formação dos diamantes, já que estes são cristais sob a forma alotrópica do carbono, ou seja, são formados unicamente por carbono puro.

Nesta experiência, o plástico utilizado (composto por oito átomos de carbono e oito de hidrogénio) teve como função simular os compostos formados a partir do metano (uma molécula de carbono por quatro de hidrogénio) que se encontra nos dois planetas — e que dá a Neptuno a sua característica cor azul.

“Não podemos ir ao interior dos planetas e olhar, portanto estas experiências em laboratório complementam as observações feitas por satélite e telescópios”, afirmou Dominik Kraus, desta vez citado na página do SLAC. “Antes, os investigadores só podiam assumir que os diamantes se tinham formado. Quando vi os resultados desta última experiência, foi um dos melhores momentos da minha carreira científica”, admite o cientista e coordenador do estudo, que contou com a colaboração de investigadores dos Estados Unidos, Reino Unido e Alemanha.