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Exemplos de Super-Terras em zonas habitáveis. [imagem: space.com]

Ao longo dos últimos vinte anos, a observação de diversos sistemas exoplanetários nos revelou uma nova classe de planetas, que chamamos de Super-Terras. Em comum com o nosso, esses planetas só têm o nome: suas massas e diâmetros são muito maiores, suas posições em relação à estrela-mãe variam e suas composições químicas e geológicas continuam desconhecidas. Mandar sondas geológicas para lá é evidentemente impossível (ao menos nesse século), mas não custa nada sonhar fazer umas extrapolações teóricas — e ainda pode nos ajudar a compreender a própria Terra.

Já se sabe faz tempo que os dois elementos mais abundantes no manto da Terra são o oxigênio e o magnésio. Entretanto, segundo Sergey Lobanov, Alexander Goncharov e Nicholas Holtgrewe (todos físicos do Carnegie Institute, nos EUA), não devemos supor que os exoplanetas rochosos tenham uma mineralogia idêntica à nossa. Mas como estudar o subsolo de mundos tão distantes?

Podemos começar com algo que sabemos determinar, como a composição química das estrelas, que há mais de um século vem sendo feita por meio de espectrometria. Pelo espectro das estrelas-mãe de planetas rochosos, sabemos que suas composições químicas variam muito. Em algumas, por exemplo, foi observada alta concentração de oxigênio. Como são formados a partir da mesma matéria prima, os planetas que orbitam tais estrelas também são ricos em oxigênio. Além das variações de temperatura e pressão, esse oxigênio extra pode fazer toda a diferença no interior desses planetas.

A combinação mais simples de magnésio e oxigênio — óxido de magnésio, MgO — é bastante estável, mesmo sob as altas pressões do manto terrestre. O segundo composto — peróxido de magnésio (MgO2) — pode ser formado em laboratório quando há muito oxigênio disponível, mas torna-se bastante instável ao ser aquecido como aconteceria no interior de um planeta. Lobanov e seus colegas queriam saber como um composto instável como o MgO2 poderia sustentar planetas maiores que o nosso.

MgO2

Estrutura cristalina de peróxido de magnésio (MgO2). [crédito: Sergey Lobanov]

Para reproduzir as condições extraordinárias de uma Super-Terra, ferramentas extraordinárias. Bigornas de diamantes aquecidas a laser foram usadas para imitar as condições extremas do interior dos planetas terrestres. Na bigorna diamantina, pequenas amostras de óxido de magnésio (MgO) e oxigênio foram esmagadas a pressões que variam da pressão ambiente a 1,6 milhões de atmosferas (0 a 16 gigapascals). O laser aqueceu a amostra esmagada a temperaturas de mais de 2000 Kelvin (1727 ºC).

bigorna de diamante

Vista em corte da bigorna de diamante usada no experimento. [detalhe da Fig. 2 do artigo em referência]

Assim, Lobanov et. al. descobriram que a partir de 960 mil atmosferas (96 GPa) e 2150 Kelvin (1877 ºC), o óxido de magnésio reagia com o oxigênio, formando o peróxido de magnésio. “Nossos resultados sugerem que o peróxido de magnésio pode ser abundante em mantos e núcleos de planetas extremamente oxidados fora do nosso Sistema Solar”, explicou Lobanov ao Phys.org. Tais resultados foram publicados on-line em 1º. de setembro no Scientific Reports, jornal especializado open-source editado pela Nature.

Por ser quimicamente inerte, MgO tem sido usado como condutor para transmitir temperatura e pressão em experimentos que envolvem condições extremas. Para Gonchanov, esse papel do óxido de magnésio deve ser revisado, pois tal substância não seria assim tão inerte e estaria criando reações indesejáveis, contaminando os resultados. Além de ser matéria-prima de Super-Terras — e quiçá da própria Terra —, o peróxido de magnésio seria um substituto melhor para o óxido mais simples nos nossos laboratórios.

Referência

rb2_large_gray25Lobanov, S. S. et al. Stable magnesium peroxide at high pressure. Sci. Rep. 5, 13582; doi: 10.1038/srep13582 (2015)

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