O hidrogênio metálico é um dos materiais mais raros da Terra, ainda mais de 80 por cento dos planetas, incluindo Júpiter, Saturno, e centenas de planetas extrasolares - são compostos dessa forma exótica de matéria.

Sua abundância em nosso sistema solar, apesar de sua raridade na Terra, torna o hidrogênio metálico um foco intrigante para pesquisadores do Laboratório de Energética Laser (LLE) da Universidade de Rochester que estudam a formação e evolução de planetas, incluindo como os planetas dentro e fora do nosso sistema solar formam escudos magnéticos.

"O hidrogênio metálico é a forma de matéria mais abundante em nosso sistema planetário, "diz Mohamed Zaghoo, pesquisador associado do LLE. "É uma pena que não o tenhamos naturalmente aqui na terra, mas em Júpiter, existem oceanos de hidrogênio metálico. Queremos descobrir como esses oceanos dão origem ao enorme campo magnético de Júpiter. "Zaghoo e Gilbert 'Rip' Collins, professor de engenharia mecânica e de física e diretor do programa de física de alta densidade de energia de Rochester, estudou a condutividade do hidrogênio metálico para desvendar ainda mais os mistérios do efeito dínamo - o mecanismo que gera campos magnéticos em planetas incluindo a Terra. Eles publicaram suas descobertas no Astrophysical Journal .

Criando hidrogênio metálico no Lle

Cada elemento age de forma diferente sob intensa pressão e temperatura. Aquecendo água, por exemplo, gera um gás na forma de vapor d'água; congelá-lo cria gelo sólido. O hidrogênio é normalmente um gás, mas em altas temperaturas e pressões - as condições que existem dentro de planetas como Júpiter - o hidrogênio assume as propriedades de um metal líquido e se comporta como um condutor elétrico.

Embora os cientistas tenham teorizado por décadas sobre a existência de hidrogênio metálico, era quase impossível criar na Terra. "As condições para criar hidrogênio metálico são tão extremas que, embora o hidrogênio metálico seja abundante em nosso sistema solar, só foi criado em alguns lugares na terra, "Zaghoo diz." O LLE é um desses lugares. "

No LLE, pesquisadores usam o poderoso laser OMEGA para disparar pulsos em uma cápsula de hidrogênio. O laser incide na amostra, desenvolver uma alta pressão, condição de alta temperatura que permite que os átomos de hidrogênio fortemente ligados se quebrem. Quando isso acontece, o hidrogênio é transformado de seu estado gasoso para um estado líquido brilhante, muito parecido com o elemento mercúrio.

Compreendendo o Efeito Dínamo

Ao estudar a condutividade do hidrogênio metálico, Zaghoo e Collins são capazes de construir um modelo mais preciso do efeito dínamo - um processo em que a energia cinética da condução de fluidos em movimento se converte em energia magnética. Gigantes gasosos como Júpiter têm um dínamo muito poderoso, mas o mecanismo também está presente nas profundezas da Terra, no núcleo externo. Este dínamo cria nosso próprio campo magnético, tornando nosso planeta habitável, protegendo-nos de partículas solares prejudiciais. Os pesquisadores podem mapear o campo magnético da Terra, mas, porque a terra tem uma crosta magnética, os satélites não conseguem ver o suficiente em nosso planeta para observar o dínamo em ação. Júpiter, por outro lado, não possui barreira de crosta. Isso torna relativamente mais fácil para os satélites, como a sonda espacial Juno da NASA, atualmente em órbita ao redor de Júpiter - para observar as estruturas profundas do planeta, Collins diz. "É muito humilhante poder caracterizar um dos estados mais interessantes da matéria, hidrogênio metálico líquido, aqui no laboratório, usar esse conhecimento para interpretar dados de satélite de uma sonda espacial, e depois aplique tudo isso aos planetas extrasolares. "

Zaghoo e Collins concentraram suas pesquisas na relação entre o hidrogênio metálico e o início da ação do dínamo, incluindo a profundidade onde o dínamo de Júpiter se forma. Eles descobriram que o dínamo de gigantes gasosos como Júpiter provavelmente se originou mais perto da superfície - onde o hidrogênio metálico é mais condutor - do que o dínamo da Terra. Esses dados, combinado com revelações de Juno, pode ser incorporado em modelos simulados que permitirão uma imagem mais completa do efeito dínamo.

"Parte do mandato para a missão Juno era tentar entender o campo magnético de Júpiter, "Zaghoo diz." Uma peça complementar chave para os dados Juno é o quão condutor é o hidrogênio em diferentes profundidades dentro do planeta. Precisamos incluir isso em nossos modelos para fazer melhores previsões sobre a atual composição e evolução do planeta. "

Uma melhor compreensão dos planetas em nosso próprio sistema solar também fornece mais informações sobre a proteção magnética de exoplanetas fora de nosso sistema solar - e pode ajudar a determinar a possibilidade de vida em outros planetas. As pesquisas há muito tempo pensam que os planetas com campos magnéticos são mais capazes de sustentar atmosferas gasosas e, portanto, são mais propensos a abrigar vida, Zaghoo diz. "A teoria do dínamo e os campos magnéticos são as principais condições de habitabilidade. Existem centenas de exoplanetas descobertos fora do nosso sistema solar todos os anos e pensamos que muitos desses planetas são como Júpiter e Saturno. Não podemos ir para esses planetas ainda, mas podemos aplicar nosso conhecimento sobre os supergigantes em nosso próprio sistema solar para fazer modelos de como esses planetas podem ser. "