No fundo dos mundos alienígenas, os cristais se formam sob pressões até 40 milhões de vezes mais intensas que a pressão atmosférica na Terra e até 10 vezes mais intensas que a pressão no núcleo do nosso planeta. Compreendê-los melhor poderia nos ajudar a procurar vida em outros lugares da nossa galáxia.
No momento, os cientistas não sabem quase nada sobre esses cristais misteriosos. Eles não sabem como e quando se formam, como são ou como se comportam. Mas as respostas para essas perguntas podem ter implicações enormes para as superfícies desses mundos - sejam elas cobertas por magma ou gelo, ou bombardeadas com radiação das estrelas hospedeiras. A resposta, por sua vez, poderia afetar a possibilidade desses planetas abrigarem a vida.
O interior desses exoplanetas é misterioso para nós porque, em nosso sistema solar, os planetas tendem a ser pequenos e rochosos, como a Terra e Marte, ou grandes e gasosos, como Saturno e Júpiter. Mas, nos últimos anos, os astrônomos descobriram que as chamadas "super-Terras" - planetas rochosos gigantes - e "mini-Netuno" - planetas menores de gás do que existem em nosso sistema solar - são mais comuns no resto da galáxia.
Como esses planetas podem ser vistos apenas como fracos tremeluzentes na luz que vem de suas estrelas hospedeiras, muito sobre eles permanece misterioso. Eles são superdensos ou super amplos? De que são feitas suas superfícies? Eles têm campos magnéticos? Acontece que as respostas a essas perguntas dependem muito de como se comporta a rocha e o ferro em seus núcleos ultrapressurizados.
Os limites da ciência atual
No momento, nossa compreensão dos exoplanetas se baseia principalmente na ampliação ou diminuição do que sabemos sobre planetas em nosso próprio sistema solar, disse Diana Valencia, cientista planetária da Universidade de Toronto, no Canadá, que convocou a reunião de março da American Sociedade Física (APS) para físicos minerais explorarem esses materiais exoplanetários exóticos.
O problema com a abordagem de expansão é que você realmente não consegue entender como o ferro se comportará 10 vezes a pressão do núcleo da Terra apenas multiplicando, ela disse. A essas enormes pressões, as propriedades dos produtos químicos mudam fundamentalmente.
"Esperamos encontrar cristais dentro de super-Terras que não existam na Terra, ou em qualquer outro lugar da natureza", disse Lars Stixrude, físico teórico de minerais da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que fez trabalho teórico básico para calcular as propriedades desses materiais extremos. "Esses seriam arranjos únicos dos átomos que só existem sob pressão muito alta".
Esses diferentes arranjos acontecem, disse ele à Live Science, porque enormes pressões mudam fundamentalmente como os átomos se unem. Na superfície da Terra e mesmo no interior do nosso planeta, os átomos se ligam usando apenas os elétrons em suas camadas externas. Porém, nas pressões da super-Terra, os elétrons mais próximos do núcleo atômico se envolvem e alteram completamente as formas e propriedades dos materiais.
E essas propriedades químicas podem afetar o comportamento de planetas inteiros. Por exemplo, os cientistas sabem que as super-Terras retêm muito calor. Mas eles não sabem quanto - e a resposta a essa pergunta tem implicações importantes para os vulcões e as placas tectônicas desses planetas. Nas pressões internas da Terra, elementos mais leves se misturam com o núcleo de ferro, impactando o campo magnético do planeta - mas isso pode não acontecer em pressões mais altas. Até o tamanho físico das super-terras depende da estrutura cristalina dos compostos em seus núcleos.
Mas sem planetas desse tipo para estudar de perto em nosso próprio sistema solar, disse Valencia, os cientistas precisam recorrer a cálculos e experimentos físicos básicos para responder a esse tipo de pergunta. Mas esses cálculos geralmente geram respostas abertas, disse Stixrude. Quanto aos experimentos?
"Essas pressões e temperaturas estão além da capacidade da maioria das tecnologias e experimentos que temos hoje", disse ele.
Construindo uma super-Terra na Terra regular
Na Terra, os experimentos de pressão mais extremos envolvem o esmagamento de pequenas amostras entre os pontos afiados de dois diamantes industriais.
Mas esses diamantes tendem a quebrar muito antes de atingir as pressões da super-Terra, disse Stixrude. Para contornar as limitações dos diamantes, os físicos estão recorrendo a experimentos de compressão dinâmica, do tipo realizado pelo físico mineral Tom Duffy e sua equipe na Universidade de Princeton.
Essas experiências produzem mais pressões do tipo super-Terra, mas apenas por frações de segundo.
"A idéia é que você irradia uma amostra com um laser de alta potência, aquece rapidamente a superfície dessa amostra e sopra um plasma", disse Duffy, que presidiu a sessão da APS em que Valencia falou, à Live Science.
Pedaços da amostra, aquecidos repentinamente, explodem a superfície, criando uma onda de pressão que se move através da amostra.
"É realmente como um efeito de foguete", disse Duffy.
As amostras envolvidas são pequenas - quase planas e com cerca de um milímetro quadrado na área de superfície, disse ele. E a coisa toda dura uma questão de nanossegundos. Quando a onda de pressão atinge a parte de trás da amostra, tudo se quebra. Mas, através de observações cuidadosas durante esses breves pulsos, Duffy e seus colegas descobriram as densidades e até as estruturas químicas do ferro e outras moléculas sob pressões inéditas.
Ainda existem muitas perguntas sem resposta, mas o estado do conhecimento no campo está mudando rapidamente, afirmou Valencia. Por exemplo, o primeiro artigo sobre a estrutura das super-Terras (publicado por Valencia em fevereiro de 2007 no The Astrophysical Journal como estudante de pós-graduação em Harvard) está desatualizado porque os físicos obtiveram novas informações sobre os produtos químicos em nosso próprio planeta.
Responder a essas perguntas é importante, disse Duffy, porque elas podem nos dizer se mundos alienígenas distantes têm características como tectônica de placas, magma fluente e campos magnéticos - e, portanto, se poderiam sustentar a vida.
