Além do nosso sistema solar, visível apenas como o menor ponto no Espaço, mesmo com os telesca³pios mais poderosos, existem outros mundos. Muitos desses mundos, descobriram os astra´nomos, podem ser muito maiores que a Terra e completamente cobertos de água- basicamente planetas oceânicos sem massas de terra salientes. Que tipo de vida poderia se desenvolver nesse mundo? Um habitat como esse poderia sustentar a vida?

Uma equipe de pesquisadores liderada pela Arizona State University (ASU) recentemente se propa´s a investigar essas questões. E como não podiam viajar para exoplanetas distantes para coletar amostras, decidiram recriar as condições desses mundos aqua¡ticos em laboratório. Nesse caso, esse laboratório foi a Advanced Photon Source (APS), um escrita³rio de ciências do Departamento de Energia dos EUA (DOE) no Laborata³rio Nacional de Argonne do DOE.

O que eles descobriram - publicado recentemente em Proceedings da Academia Nacional de Ciências - foi uma nova fase de transição entre sa­lica e a¡gua, indicando que a fronteira entre águae rocha nesses exoplanetas não étão sãolida quanto aqui na Terra. Essa descoberta crucial pode mudar a maneira como astrônomos e astrofisicos modelam esses exoplanetas e informar a maneira como pensamos sobre a vida evoluindo neles.

Dan Shim, professor associado da ASU, liderou esta nova pesquisa. Shim lidera o Laborata³rio de Materiais Terrestres e Planeta¡rios da ASU e hámuito tempo éfascinado pela composição geola³gica e ecola³gica desses mundos distantes. Essa composição, ele disse, não se parece com nenhum planeta do nosso sistema solar - esses planetas podem ter mais de 50% de águaou gelo sobre suas camadas rochosas, e essas camadas rochosas teriam que existir a temperaturas muito altas e sob pressão esmagadora.

"Determinar a geologia dos exoplanetas édifa­cil, já que não podemos usar telesca³pios ou enviar vea­culos para suassuperfÍcies", disse Shim. "Então tentamos simular a geologia no laboratório".

Como éque alguém faz isso? Primeiro, vocêprecisa das ferramentas certas. Para esse experimento, Shim e sua equipe trouxeram suas amostras para duas linhas de luz da APS: GeoSoilEnviroCARS (GSECARS) na linha de luz 13-ID-D, operada pela Universidade de Chicago, e High-Pressure Collaborative Access Team (HPCAT) na linha de luz 16-ID -B, operado pela Divisão de Ciência de Raios-X de Argonne.

As amostras foram compactadas em células de bigorna de diamante, essencialmente dois diamantes de qualidade de gema com pequenas pontas planas. Coloque uma amostra entre eles e podera¡ espremer os diamantes, aumentando a pressão.

"Podemos aumentar a pressão para vários milhões de atmosferas", disse Yue Meng, fa­sico da Divisão de Ciência de Raios-X de Argonne e co-autor do artigo. Meng foi um dos principais projetistas das técnicas utilizadas no HPCAT, especializado em experimentos de alta pressão e alta temperatura.

"A APS éum dos poucos lugares do mundo onde vocêpode realizar esse tipo de pesquisa de ponta", disse ela. "Os cientistas, técnicos e engenheiros da linha de luz tornam essa pesquisa possí­vel".

Shim disse que a pressão dos exoplanetas pode ser calculada, embora os dados que temos sobre esses planetas sejam limitados. Os astrônomos podem medir a massa e a densidade e, se o tamanho e a massa do planeta forem conhecidos, a pressão certa podera¡ ser determinada.

Depois que a amostra épressurizada, lasers infravermelhos - que podem ser ajustados para menores que a largura de uma canãlula sanguínea humana - são usados ​​para aquecaª-la. "Podemos levar a amostra a milhares de graus Fahrenheit", disse Vitali Prakapenka, cientista da linha de luz do GSECARS, professor de pesquisa da Universidade de Chicago e coautor do artigo. "Temos dois lasers de alta potaªncia que brilham na amostra de ambos os lados, alinhados com precisão com uma sonda de raios-X APS ultra-brilhante e medições de temperatura ao longo dos caminhos a³pticos com uma precisão de subma­cron."

A temperatura dos exoplanetas émais difa­cil de medir, porque existem muitos fatores que a determinam: a quantidade de calor contida dentro do planeta, a idade do planeta e a quantidade de isãotopos radioativos em decomposição dentro da estrutura, liberando mais calor. A equipe de Shim calculou uma variedade de temperaturas para trabalhar.

Depois que a amostra épressurizada e aquecida, os raios ultravioletas da APS (que podem ver atravanãs dos diamantes e na própria amostra) podem permitir que os cientistas tirem fotos dasmudanças na estrutura da escala atômica durante as reações químicas a  medida que ocorrem . Nesse caso, Shim e sua equipe imergiram uma pequena quantidade de sa­lica na a¡gua, aumentaram a pressão e a temperatura e monitoraram como os materiais reagiriam.

O que eles descobriram éque, a alta temperatura e pressão de cerca de 30 gigapascais (cerca de 300.000 vezes a pressão atmosfanãrica padrãona Terra), a águae a rocha comea§am a se fundir.

"Se vocêconstrua­sse um planeta com águae rocha, assumiria que a águaforma uma camada acima da rocha", disse ele. "O que descobrimos éque isso não énecessariamente verdade. Com calor e pressão suficientes, a fronteira entre rocha e águafica confusa".

Essa éuma nova ideia que precisara¡ ser incorporada aos modelos de exoplanetas, disse Prakapenka.

"O ponto principal éque ele diz a s pessoas que modelam a estrutura desses planetas que a composição émais complicada do que pensa¡vamos", disse Prakapenka. "Antes de acreditarmos que havia uma separação entre rocha e a¡gua, mas com base nesses estudos, não hálimites na­tidos".

Os cientistas já haviam realizado experiências semelhantes antes, disse Shim, mas essas foram baseadas em um cena¡rio semelhante a  Terra, com pequenos incrementos de a¡gua. Observar essa nova transição de fase da¡ aos modeladores uma ideia melhor sobre a composição geola³gica real dos exoplanetas ricos em águae também insights sobre que tipos de vida podem chamar esses exoplanetas de lar.

"a‰ um ponto de partida para construir a maneira como a química funciona nesses planetas", disse Shim. "Como a águainterage com as rochas éimportante para a vida na Terra e, portanto, também éimportante entender o tipo de vida que pode estar em alguns desses mundos".

Shim reconhece que essa pesquisa não éa primeira coisa que se pode imaginar ao pensar em uma fonte de luz como a APS. Mas éexatamente essa diversidade que ele disse ser uma vantagem das instalações de usuários em larga escala.

"As pessoas dificilmente pensam em astrofa­sica quando falam sobre uma instalação de raios-X", disse ele. "Mas podemos usar uma instalação como a APS para entender um objeto distante demais para ser visto".