Esta estranha forma de água pode alimentar os campos magnéticos de planetas gigantes

Esta fase incomum da água conduz eletricidade excepcionalmente bem, tornando-a uma forte candidata para explicar os estranhos campos magnéticos observados em torno dos planetas gigantes gelados. Acredita-se que Urano e Netuno contenham grandes quantidades de água nas profundezas de seus interiores, o que significa que a água superiônica pode ser a forma dominante de água em grande parte do sistema solar.

Mistério de longa data da estrutura da água superiônica

Os cientistas já conseguiram criar água superiônica em experimentos de laboratório, mas sua estrutura interna permaneceu pouco compreendida. Pesquisas anteriores propuseram que os átomos de oxigênio poderiam se organizar em um de dois padrões cúbicos simples. Estes incluíam um arranjo cúbico de corpo centrado, onde um átomo extra fica no meio do cubo, ou um arranjo cúbico de face centrada, onde os átomos ocupam os centros de cada face.

O novo estudo revela que a realidade é muito mais complicada. Em vez de formar um único padrão ordenado, os átomos de oxigênio se reúnem em uma estrutura mista que combina regiões cúbicas de face centrada com camadas hexagonais compactas. Nas regiões hexagonais, os átomos empilham-se firmemente em padrões hexagonais repetidos. Quando essas regiões se fundem com seções cúbicas, o resultado é uma desordem estrutural generalizada. Em vez de uma rede limpa e repetitiva, os átomos formam uma sequência híbrida e irregular que só pode ser detectada usando técnicas de medição extremamente precisas, possibilitadas por avançados lasers de raios X.

Recriando Extremos Planetários no Laboratório

Para descobrir esses detalhes, os pesquisadores realizaram dois experimentos separados. Um foi realizado no instrumento Matter in Extreme Conditions (MEC) no LCLS nos EUA, e o outro ocorreu no instrumento HED-HIBEF no European XFEL. Estas poderosas instalações permitiram aos cientistas espremer a água a pressões superiores a 1,5 milhões de atmosferas e aquecê-la a vários milhares de graus Celsius, ao mesmo tempo que capturavam instantâneos da sua estrutura atómica em trilionésimos de segundo.

As descobertas estão alinhadas com as simulações computacionais mais avançadas e mostram que a água superiônica pode adotar múltiplas formas estruturais, muito parecidas com o gelo comum, que é conhecido por existir em muitas fases cristalinas diferentes, dependendo da temperatura e da pressão. O trabalho reforça a ideia de que a água – apesar da sua aparente simplicidade – continua a revelar comportamentos inesperados e notáveis ​​sob condições extremas. Estes resultados também ajudam a refinar modelos da estrutura interna e da evolução a longo prazo dos planetas gigantes gelados, que se pensa serem comuns em todo o Universo.

*A água superiônica é um estado incomum da água que se forma sob pressões e temperaturas extremamente altas, muito além daquelas encontradas na superfície da Terra. Nesta fase, a água comporta-se como um sólido, mas os iões de hidrogénio podem mover-se livremente através de uma rede rígida de átomos de oxigénio. Esta combinação única dá à água superiônica a capacidade de conduzir eletricidade. Os cientistas acreditam que ela existe nas profundezas de grandes planetas, onde essas condições extremas ocorrem naturalmente.

A investigação foi apoiada através de uma iniciativa conjunta entre a Fundação Alemã de Investigação (DFG) e a agência francesa de financiamento da investigação ANR. Mais de 60 cientistas da Europa e dos EUA contribuíram para as experiências e análises.