Nos interiores extremos de Netuno e Urano, a água é submetida a pressões e temperaturas tão intensas que assume uma fase exótica chamada água superiônica — um tipo de gelo quente e negro, impossível de existir naturalmente na Terra.
Por décadas, cientistas suspeitaram que essa substância fosse a responsável pelos campos magnéticos irregulares observados pela Voyager 2 nesses planetas.
A água superiônica combina características de sólido e líquido: os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina, enquanto os de hidrogênio se movem livremente, conduzindo eletricidade. A teoria tradicional sugeria que essa rede tivesse estruturas cristalinas perfeitas, como as formas cúbicas de corpo centrado ou de faces centradas.
Pesquisadores combinaram raios X ultrarrápidos com instrumentos especializados para estudar as estruturas de empilhamento atômico da água superiônica – uma forma de gelo quente, preta e estranhamente condutora que se acredita existir no centro de planetas gigantes de gelo como Netuno e Urano
Para testar essas hipóteses, pesquisadores do SLAC e da Sorbonne criaram água superiônica em laboratório, comprimindo água entre bigornas de diamante até 1,8 milhão de atmosferas e aquecendo-a a 2.500 Kelvin com lasers (aproximadamente 2.227 °C). A amostra só existe por trilionésimos de segundo, antes de colapsar, o que exigiu medições ultrarrápidas com raios X.
Os resultados surpreenderam: em vez de uma rede cristalina uniforme, os dados mostraram estruturas borradas e misturadas, com camadas alternando entre padrões cúbicos e hexagonais compactos. Inicialmente considerados erro experimental, esses resultados foram confirmados em um segundo acelerador na Alemanha.
Os experimentos também revelaram que, sob diferentes pressões, múltiplas redes cristalinas podem coexistir, contrariando a ideia de uma transição clara entre fases. Isso indica que a água superiônica é muito mais complexa do que se imaginava, o que ajuda a explicar os campos magnéticos caóticos dos gigantes de gelo.
Embora os experimentos reproduzam essas condições por apenas femtossegundos, eles sugerem que o interior desses planetas pode ser igualmente dinâmico e instável. A estrutura real pode se estabilizar ao longo do tempo — ou permanecer caótica, como os dados laboratoriais indicam.
Como gigantes de gelo são comuns entre os exoplanetas conhecidos, essa forma exótica de água pode ser, paradoxalmente, a mais abundante da galáxia e amplia nossa compreensão sobre a diversidade da água no Universo.