Nanodiamantes feitos de PET reacendem polêmica da chuva de diamantes em planetas gigantes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/09/2022

O que os cientistas simularam foi o ambiente nas profundezas dos planetas - o que não autoriza a falar em chuva.
[Imagem: HZDR / Blaurock]

Chuva de diamantes em planetas

As chuvas de diamantes em planetas gigantes é um daqueles temas que gera controvérsias ferozes entre os cientistas, divididos entre aqueles que acreditam que a hipótese é plenamente possível e aqueles que afirmam querer indícios experimentais para sequer ler sobre o assunto.

Uma grande equipe internacional, reunindo cientistas da Alemanha, França e EUA, decidiu encarar o desafio e tentar reproduzir em laboratório a hipotética formação de diamantes em condições encontradas nos planetas gigantes gasosos, como Netuno e Urano.

Já haviam sido feitos experimentos desse tipo usando um material plástico, feito de uma mistura de hidrogênio e carbono, que são componentes-chave da composição química geral de Netuno e Urano. Mas, além de carbono e hidrogênio, os gigantes gelados contêm outros elementos, como grandes quantidades de oxigênio.

Por isso, Zhiyu He e seus colegas se voltaram para o PET, defendendo que o material de que são feitas as garrafas plásticas é um simulador melhor da composição daqueles planetas.

"O PET tem um bom equilíbrio entre carbono, hidrogênio e oxigênio para simular a atividade em planetas de gelo," disse o professor Dominik Kraus, da Universidade de Rostock, na Alemanha.

De posse de seu análogo planetário, a equipe usou os lasers de alta potência do acelerador SLAC, na Universidade de Stanford, para criar ondas de choque no PET, e então analisaram o resultado usando radiação síncrotron.

As controvérsias agora ficam por conta da demonstração dos mecanismos que poderiam criar na atmosfera dos planetas gigantes gelados as ondas de choque criadas pelos super-lasers usados pela equipe.

Isso porque o que os lasers fazem é gerar uma compressão fortíssima e temperaturas que chegam aos 6.000 ºC por frações de segundo, simulando o que pode ocorrer no núcleo dos planetas - o que não autoriza ninguém a falar em chuva. Inexplicavelmente, a equipe anunciou seu trabalho com o título "Chuva de diamantes em planetas gelados gigantes são mais comuns do que se pensava anteriormente", de certa forma justificando as reações exacerbadas de outros cientistas.

Esquema do experimento realizado pela equipe.
[Imagem: Zhiyu He et al. - 10.1126/sciadv.abo0617]

Nanodiamantes - sem chuva

As análises confirmaram que, nas condições encontradas nas profundezas dos planetas, os átomos do PET se rearranjam em pequenas regiões, formando estruturas cúbicas típicas dos diamantes que se estendem por vários nanômetros. E os dados indicam que, na presença de oxigênio, esses nanodiamantes podem 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 dos nanodiamantes," disse Kraus. "Isso significava que os átomos de carbono podem se combinar mais facilmente e formar diamantes."

Os pesquisadores preveem que os diamantes em Netuno e Urano poderiam se tornar muito maiores do que os nanodiamantes produzidos nesses experimentos - talvez milhões de quilates em peso. Ao longo de milhares de anos, os diamantes iriam afundando lentamente através das camadas de gelo dos planetas, juntando-se em uma espessa camada de joias ao redor do núcleo planetário sólido.

A equipe também encontrou indícios de que, em combinação com os diamantes, as profundezas desses planetas podem formar água superiônica, uma fase da água recentemente descoberta que só existe em temperaturas e pressões extremamente altas - os cientistas chamam essa fase da água de "gelo preto e quente".

Nessas condições extremas, as moléculas de água se separam e os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina na qual os núcleos de hidrogênio flutuam livremente. Como esses núcleos flutuantes são eletricamente carregados, a água superiônica pode conduzir corrente elétrica e pode explicar os campos magnéticos incomuns em Urano e Netuno, diz a equipe.

Mesmo não comprovando a tal "chuva de diamantes", a equipe demonstrou uma técnica de fabricação de diamantes industriais com potencial de uso aqui na Terra.
[Imagem: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory]

Fabricação de diamantes a partir do PET

Mesmo sem previsões de chuvas de diamantes, contudo, o experimento pode ter aplicações imediatas aqui na Terra, produzindo nanodiamantes por compressão de plásticos PET. Nanodiamantes são largamente usados em ferramentas abrasivas, para corte e polimento, mas nanodiamantes de grande pureza têm uso potencial como sensores quânticos, agentes de contraste médicos e catalisadores para produção de energia renovável.

"A maneira como os nanodiamantes são feitos atualmente é pegando um monte de carbono ou diamante e explodindo-os com explosivos," disse Benjamin Ofori-Okai, do acelerador SLAC. "Isso cria nanodiamantes de vários tamanhos e formas e é difícil de controlar. O que estamos vendo neste experimento é uma reatividade diferente das mesmas espécies sob alta temperatura e pressão. Em alguns casos, os diamantes parecem estar se formando mais rápido do que outros, o que sugere que a presença desses outros produtos químicos pode acelerar esse processo. A produção por laser pode oferecer um método mais limpo e mais fácil de controlar para produzir nanodiamantes. Se pudermos projetar maneiras de mudar algumas coisas sobre a reatividade, poderemos mudar a rapidez com que eles se formam e, portanto, quão grande eles ficam."

Antes de voltar a falar sobre as chuvas de diamante, porém, que suscitaram tanta controvérsia nas ocasiões anteriores, alguns membros mais comedidos da equipe afirmam que será necessário voltar a fazer os experimentos em amostras contendo etanol, água e amônia, que são os principais elementos na atmosfera de Urano e Netuno.

"A adição de oxigênio nos aproximou mais do que nunca de ver a imagem completa desses processos planetários, mas ainda há mais trabalho a ser feito. É um passo no caminho para obter a mistura mais realista e ver como esses materiais realmente se comportam em outros planetas," disse Nicholas Hartley, membro da equipe.

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