Spiral Superionic Carbon Hydride: Um Estado Estranho de Matéria Novo Dentro de Urano e Netuno

Algo incomum pode estar acontecendo com a matéria profundamente dentro de Urano e Netuno. Novas simulações sugerem que o carbon hydride (CH) poderia formar um estado superiônico estranho sob condições extremas.

O interesse pelos interiores planetários cresceu à medida que mais de 6.000 exoplanetas foram descobertos. Pesquisadores estão tentando entender como os planetas se formam e evoluem combinando observações, experimentos e simulações, especialmente em relação à geração de campos magnéticos, como visto em estudos como os do JWST.

Urano e Netuno contêm camadas de “gelo quente” sob suas atmosferas externas, feitas de água, metano e amônia. Sob pressão e calor extremos, esses compostos se comportam de maneiras desconhecidas.

Simulando Condições Extremas Dentro dos Gigantes de Gelo

Cong Liu e Ronald Cohen realizaram simulações quânticas detalhadas usando computação de alto desempenho e aprendizado de máquina. Seu estudo, publicado na Nature Communications, testou pressões entre 500 e 3.000 gigapascals e temperaturas de 4.000 a 6.000 Kelvin.

Eles se concentraram no carbon hydride (CH), uma mistura simples de carbono e hidrogênio comumente encontrada em interiores planetários. Sob essas condições, o material exibiu comportamentos não vistos na Terra.

Um Estado Superiónico Espiral

As simulações revelaram um estado superiónico quase unidimensional. Nesta fase, os átomos de carbono formam uma estrutura estável, enquanto os átomos de hidrogênio se movem através dela ao longo de caminhos espirais e helicoidais.

“Esta fase de carbono-hidrogênio recém-prevista é particularmente impressionante porque o movimento atômico não é totalmente tridimensional. Em vez disso, o hidrogênio se move preferencialmente ao longo de caminhos helicoidais bem definidos incorporados em uma estrutura de carbono ordenada.”

Ronald Cohen

Estados superiônicos se comportam parcialmente como sólidos e parcialmente como líquidos. Aqui, o movimento do hidrogênio é direcional e controlado.

Implicações para os Campos Magnéticos Planetários

Esse movimento poderia influenciar como o calor e a eletricidade são transportados, o que está ligado à geração de campos magnéticos, assim como observações de telescópios espaciais avançados de fenômenos cósmicos em space telescope.

Urano e Netuno têm campos magnéticos de formato incomum. Uma camada com esse comportamento direcional poderia ajudar a explicá-los. Essas percepções se alinham com missões em andamento como a ESA Space Rider.

“Carbono e hidrogênio estão entre os elementos mais abundantes em materiais planetários, mas seu comportamento combinado em condições de planetas gigantes ainda está longe de ser totalmente compreendido.”

Cong Liu

Essas descobertas demonstram que mesmo elementos simples podem se comportar de forma inesperada sob condições extremas.

Referências:

• Cong Liu ORCID
• Ronald Cohen ORCID
• Estudo Nature Communications
• Visão Geral da NASA sobre Urano
• Visão Geral da NASA sobre Netuno