No coração dos planetas, estados extremos podem ser encontrados:temperaturas de milhares de graus, pressões um milhão de vezes maiores que a pressão atmosférica. Portanto, eles só podem ser explorados diretamente até certo ponto - é por isso que a comunidade de especialistas está tentando usar experimentos sofisticados para recriar condições extremas equivalentes. Uma equipe de pesquisa internacional, incluindo o Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) adaptou um método de medição estabelecido para essas condições extremas e testou-o com sucesso:Usando os flashes de luz do laser de raios-X mais potente do mundo, a equipe conseguiu dar uma olhada mais de perto no elemento importante, carbono, junto com suas propriedades químicas. Conforme relatado no jornal Física dos Plasmas , o método agora tem o potencial de fornecer novos insights sobre o interior dos planetas, tanto dentro quanto fora do nosso sistema solar.

O calor é inimaginável, a pressão enorme:As condições no interior de Júpiter ou Saturno garantem que a matéria encontrada lá exiba um estado incomum:é tão densa quanto um metal, mas, ao mesmo tempo, eletricamente carregado como um plasma. "Nós nos referimos a este estado como matéria densa quente, "explica Dominik Kraus, físico do HZDR e professor da Universidade de Rostock. “É um estado de transição entre o estado sólido e o plasma que se encontra no interior dos planetas, embora possa ocorrer brevemente na Terra, também, por exemplo, durante impactos de meteoros. "Examinar este estado da matéria em qualquer detalhe no laboratório é um processo complicado que envolve, por exemplo, disparando fortes flashes de laser em uma amostra, e, por um piscar de olhos, aquecimento e condensação.

Mas como realmente são as propriedades químicas dessa matéria densa quente? Até agora, os métodos existentes produziram apenas respostas insatisfatórias a esta questão. Então, uma equipe de seis países surgiu com algo novo, com base no laser de raios-X mais potente do mundo, o XFEL europeu em Hamburgo. Em um acelerador de um quilômetro de comprimento, extremamente curto, pulsos intensivos de raios-X são gerados. "Direcionamos os pulsos para folhas finas de carbono, "diz a autora principal Katja Voigt do HZDR's Institute of Radiation Physics." Eles eram feitos de grafite ou diamantes. "Nas folhas, uma pequena proporção dos flashes de raios X é espalhada nos elétrons e em seu ambiente imediato. O crucial é que os flashes espalhados podem revelar que tipo de ligação química os átomos de carbono formaram com seu ambiente.

Após as dúvidas veio a surpresa conhecida como espalhamento Raman de raios-X, pesquisadores em áreas como a ciência dos materiais já usam esse método há um bom tempo. Mas pela primeira vez, a equipe em torno de Voigt e Kraus conseguiu equipá-lo para experimentos de sondagem de matéria densa quente. "Alguns especialistas duvidaram que funcionasse, "Kraus explica. Os detectores, em particular, que tem que capturar os sinais de raios-X emitidos pelas folhas de carbono, deve ser altamente eficiente e de alta resolução - um grande desafio técnico. Mas a análise dos dados de medição mostrou claramente em quais estados de ligação o carbono entrou. "Ficamos um pouco surpresos que funcionou tão bem, "diz Voigt, obviamente satisfeito. Se eles aplicassem o método para aquecer matéria densa, Contudo, algo ainda estava faltando - fortes flashes de laser que levariam as folhas de carbono a altas pressões e temperaturas de até vários 100, 000 graus. Para este propósito, o Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF), que foi recentemente inaugurado sob os auspícios do HZDR no XFEL europeu, entra em jogo. É uma das instalações de pesquisa mais modernas do mundo, com lasers de alto desempenho que podem realizar os primeiros experimentos Raman de raios X em alguns meses. "Estou muito otimista de que funcionará, "diz Dominik Kraus.

O cometa colide no laboratório. O método pode muito bem facilitar muitos insights científicos diferentes:por um lado, não está claro quantos elementos leves como carbono ou silício estão presentes no núcleo da Terra. Experimentos de laboratório podem produzir indicadores importantes. “O novo método não se restringe ao carbono, mas pode ser aplicado a outros elementos leves, "Katja Voigt explica. Outra questão a ser explorada diz respeito ao interior dos chamados gigantes gasosos como Júpiter e gigantes de gelo como Netuno. Aqui, reações químicas complexas estarão ocorrendo - como ocorrerão em exoplanetas distantes de estatura semelhante. Deve ser viável reatar esses processos no laboratório usando o método Raman de raios-X. "Talvez seja possível resolver o quebra-cabeça sobre quais reações são responsáveis ​​por planetas como Netuno e Saturno emitindo mais energia do que realmente deveriam, "Kraus espera.

Além disso, esse novo método deve permitir aos cientistas simular colisões de cometas em escala miniatura:Se os cometas realmente transportaram matéria orgânica para a Terra uma vez por vez, a colisão poderia ter desencadeado reações químicas que favoreceram o desenvolvimento da vida? E o método ainda tem potencial para aplicações técnicas:em princípio, parece possível que, sob condições extremas, poderiam formar-se novos materiais que exibiam propriedades fascinantes. Um exemplo seria um supercondutor que funciona em temperatura ambiente e não precisa de resfriamento complicado como os materiais existentes. Um supercondutor de temperatura ambiente desse tipo seria de grande interesse tecnológico, pois poderia conduzir eletricidade completamente sem perdas, sem ter que resfriá-la com nitrogênio líquido ou hélio líquido.