Como o hidrogênio se transforma em metal dentro de gigantes gasosos?

O núcleo de planetas gigantes gasosos é composto por hidrogênio metálico denso que não é nada fácil de ser estudado e, por isso, não entendemos bem como o hidrogênio se transforma em metal ali dentro. Entretanto, um time de pesquisadores da Universidade de Cambridge, da IBM Research e da EPFL utilizaram técnicas de machine learning para imitarem as interações que ocorrem entre os átomos de hidrogênio e, assim, entender melhor o processo que transforma o elemento em metal com as pressões extremas no interior dos planetas.

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O hidrogênio ocorre como gás molecular na superfície dos gigantes. Entretanto, a pressão é tão alta no interior destes mundos que o hidrogênio passa por uma mudança de fase: devido ao rompimento das ligações das suas moléculas, ele se torna um metal condutor. Assim, a Dra. Bingqing Cheng, principal autora do estudo, e seus colegas utilizaram machine learning para reproduzir as interações que ocorrem entre os átomos do elemento para superar as limitações dos cálculos quânticos: “chegamos a uma conclusão surpreendente e encontramos evidências de uma transição molecular para atômica, explica ela.

Basicamente, eles descobriram que esta transição é suave, porque seu ponto crítico está oculto. Os pontos críticos — ou seja, onde não há limites das fases — estão sempre presentes nas substâncias que podem existir em mais de uma fase. Sistemas com pontos críticos expostos têm fases claramente distintas, como acontece com o vapor e a água líquida. Entretanto, isso não vale para o fluido denso de hidrogênio, porque seu ponto crítico é oculto e, assim, ele vai se transformando gradualmente entre as fases atômicas e moleculares.

Cheng comenta que a existência do hidrogênio metálico já havia sido teorizada há um século, mas não se sabia ainda como este processo funcionava devido às dificuldades de reproduzir em laboratório condições de pressão tão extremas e, além disso, os sistemas de hidrogênio também podem se comportar de forma imprevisível. Com o estudo, surge uma nova interpretação dos experimentos em hidrogênio denso, e podemos entender que há uma transição suave entre camadas isolantes e metálicas em gigantes gasosos. Agora, nos próximos passos, a equipe pretende buscar novas respostas sobre o hidrogênio em estado sólido.

Os resultados do estudo foram publicados na revista Nature.

Fonte: University of Cambridge, Phys.org