CIENTISTAS EXPLICAM COMO O HIDROGÊNIO SE TRANSFORMA EM METAL EM PLANETAS GASOSOS
No Sistema Solar, somente quatro dos oito planetas são gasosos, sendo eles: Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, que são composto principalmente por gás (Hidrogênio, Hélio e Metano) como o próprio nome diz. O núcleo desses planetas não são nada fáceis de serem estudados, e por isso, não se entendia como o hidrogênio se transforma em metal.
Os quatro planetas gasosos do sistema solar. De cima para baixo: Netuno, Urano, Saturno e Júpiter. Crédito: NASA - JPL image
Um grupo de pesquisadores da Universidade de Cambridge, da IBM Research e da EPFL utilizaram técnicas de machine learning (aprendizado de máquina, é um subcampo da Engenharia e da Ciência da Computação) para modelarem as interações que ocorrem entre os átomos de hidrogênio e entender o processo que transforma o elemento em metal. Com isso, os pesquisadores observaram que ao invés de ocorrer uma transição súbita (ou de primeira ordem), o Hidrogênio se transforma de maneira gradual e lenta.
O Hidrogênio ocorre como gás molecular na superfície dos gigantes, mas devido a alta pressão no interior dos planetas o hidrogênio passa por uma mudança de fase devido ao rompimento das ligações das suas moléculas, se tornando então um metal condutor.
Pesquisadores testaram pressão de 100 e 4000 K e pressões entre 25 e 400 gigapascals, com tamanho e tempo de simulação convergentes. Crédito: @Michele Ceriotti, EPFL
Como dito anteriormente, a equipe utilizou machine learning para reproduzir as interações que ocorrem entre os átomos do elemento para ultrapassar as limitações dos cálculos quânticos, e eles descobriram que esta transição é suave, porque seu ponto crítico está oculto (o ponto critico é onde não há limites das fases) e todas as substâncias que podem existir em duas fases têm pontos críticos. Sistemas com pontos críticos expostos têm fases muito distintas, como acontece, por exemplo com a água líquida e o vapor: uma vez que o líquido se torna um vapor, sua aparência e comportamento mudam completamente, apesar do fato de que a temperatura e a pressão permanecem as mesmas.
Mas, isso não vale para o fluído denso de hidrogênio, uma vez que seu ponto crítico é oculto e ele vai se modificando aos poucos entre as fases atômicas e moleculares.
"Nós chegamos a uma conclusão surpreendente e encontramos evidências de uma transição molecular para atômica contínua no fluido de hidrogênio denso, em vez de uma de primeira ordem", diz Dra. Bingqing Cheng principal autora do estudo.
Chang comenta ainda que a existência do Hidrogênio metálico já havia sido teorizada há muito tempo, mas nunca se sabia ainda como o processo funcionava por conta das dificuldades de reproduzir em laboratório as condições de pressão tão extremas que faz o Hidrogênio se comportar dessa forma.
Sem dúvidas, com o estudo surge uma nova uma perspectiva dos experimentos em hidrogênio denso, e assim, podemos entender que existe uma transição entre camadas isolantes e metálicas em planetas gasosos.