Carbon-driven iron transition points to a solid lunar inner core
Este estudo resolve a controvérsia sobre a existência do núcleo interno lunar ao demonstrar que uma liga de ferro-carbono com uma fase de alta pressão específica (fcc-II) coincide com as velocidades sísmicas observadas, confirmando, assim, um núcleo interno sólido composto por Fe-C com temperaturas provavelmente abaixo de 1500 K.
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Profundamente sob a superfície da Lua, escondido da vista e intocado pelas mãos humanas, reside um mistério que intriga cientistas há décadas. Embora saibamos que a Lua possui um núcleo feito principalmente de ferro, de forma semelhante à Terra, a questão de saber se esse núcleo é inteiramente líquido ou se contém uma bola interna sólida permaneceu um tema de intenso debate. Durante anos, dados das missões Apollo, que colocaram sismômetros na superfície lunar, sugeriram que um núcleo interno sólido poderia existir. No entanto, quando os cientistas tentaram combinar os sinais sísmicos com o que sabiam sobre o ferro sob pressão extrema, os números não batiam. As ondas sísmicas viajando através do suposto núcleo interno moviam-se muito mais devagar do que o ferro puro deveria permitir, levando muitos a duvidar da existência de um centro sólido propriamente dito. Essa discrepância deixou uma lacuna em nossa compreensão da história da Lua, de seu passado magnético e de como ela esfria ao longo do tempo. Para resolver isso, os pesquisadores precisavam encontrar uma maneira de fazer o ferro se comportar de uma forma que correspondesse às velocidades lentas registradas pelos instrumentos Apollo.
Uma equipe de cientistas propôs agora uma solução que altera a receita do núcleo lunar. Ao recriar as condições de alta pressão e alta temperatura encontradas nas profundezas da Lua em um laboratório, eles descobriram que o ferro misturado com uma pequena quantidade de carbono passa por uma transformação surpreendente. Quando o ferro puro é comprimido às pressões encontradas no núcleo da Lua, espera-se que seja um metal sólido que transmite ondas sísmicas rapidamente. No entanto, os pesquisadores descobriram que, quando o ferro é ligado com uma fração minúscula de carbono, ele passa por uma mudança estrutural que faz com que as ondas sísmicas diminuam drasticamente de velocidade. Essa mudança ocorre sem que o ferro altere sua forma cristalina básica, mas o arranjo interno dos átomos muda o suficiente para reduzir a velocidade do som que viaja através dele. Esse comportamento específico, que os pesquisadores chamam de transição de fase isoestrutural, ocorre em pressões entre 4 e 5 gigapascais, uma faixa que coincide perfeitamente com a profundidade do núcleo interno da Lua.
Os experimentos envolveram a síntese de amostras de ferro com teores de carbono variando de 0,2 a 1,7 por cento e submetendo-as a pressões de até 7 gigapascais e temperaturas de até 1300 Kelvin. Usando difração de raios X avançada e medições de velocidade acústica, a equipe observou que, à medida que a pressão aumentava, a velocidade das ondas de compressão caía cerca de 1 quilômetro por segundo. Essa queda reduziu a velocidade do som na liga de ferro-carbono para aproximadamente 4 a 4,5 quilômetros por segundo, um valor que se alinha quase perfeitamente com os dados sísmicos coletados da era Apollo. Os pesquisadores também descobriram que essa transição é reversível e ocorre tanto nas formas de ferro cúbico de corpo centrado quanto na de centro de face, sugerindo que é uma característica robusta das misturas de ferro-carbono sob essas condições. Crucialmente, o estudo descartou a ideia de que as velocidades lentas fossem causadas pela presença de enxofre ou níquel, elementos que anteriormente eram considerados os principais elementos leves no núcleo lunar, pois seus efeitos não correspondiam aos dados sísmicos observados.
Esta descoberta sugere que o núcleo interno da Lua não é feito de ferro puro, mas sim de uma liga de ferro e carbono. A presença de carbono explica por que as ondas sísmicas se movem tão lentamente, resolvendo um conflito de décadas entre a física mineral e a sismologia. Os achados também permitem que os cientistas estimem a temperatura do núcleo lunar com maior precisão. Como a velocidade do som nesta mistura de ferro-carbono é sensível ao calor, os dados indicam que a temperatura do núcleo interno é provavelmente inferior a 1500 Kelvin. Se o núcleo fosse significativamente mais quente, as velocidades sísmicas seriam ainda menores do que as observadas. Essa restrição de temperatura ajuda a refinar os modelos de como a Lua esfriou e evoluiu desde a sua formação. Além disso, o estudo apoia a ideia de que o carbono é abundante o suficiente no núcleo da Lua para impulsionar essa transição, uma conclusão sustentada por cálculos de como o carbono se distribui entre o núcleo interno sólido e o núcleo externo líquido da Lua.
As implicações deste trabalho estendem-se para além da estrutura da Lua. Ao confirmar a existência de um núcleo interno sólido composto por uma liga de ferro-carbono, o estudo fornece uma nova base para compreender a história térmica e o antigo campo magnético da Lua. A presença de um núcleo interno sólido é um motor fundamental para o efeito dínamo que gera campos magnéticos, e saber sua composição ajuda a explicar por que o campo magnético da Lua enfraqueceu ao longo do tempo. Os pesquisadores enfatizam que seus resultados baseiam-se em medições diretas de velocidades acústicas e padrões de difração de raios X, oferecendo uma explicação física concreta para as anomalias sísmicas que há muito confundem a comunidade científica. Embora a distribuição exata de carbono no interior da Lua continue sendo objeto de estudos futuros, as evidências apresentadas aqui apontam fortemente para um núcleo interno sólido rico em carbono como a peça que faltava no quebra-cabeça lunar. Este achado não apenas preenche uma lacuna em um modelo; ele reescreve a descrição física do coração da Lua, transformando uma possibilidade teórica em uma realidade medida.
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