A Estação Tiangong, da China, alcança a temperatura mais baixa já registrada no espaço

A Estação Espacial Tiangong, da China, registrou a temperatura mais baixa já alcançada no espaço: 0,00000000001 grau acima do zero absoluto. A descoberta foi descrita em um estudo publicado na revista Science em 5 de novembro, e ela muda a forma como pesquisadores pensam o resfriamento de materiais fora da Terra.

A medição se dá na escala Kelvin, unidade oficial de temperatura termodinâmica do Sistema Internacional de Unidades. Por ser uma escala absoluta, ela não admite valores negativos, e seu ponto de partida, o zero absoluto, corresponde a -273,15 °C. Por isso, aproximar-se desse limite exige condições muito específicas, bem diferentes do frio comum do espaço.

Por que temperaturas tão baixas importam

Esse grau de resfriamento interessa porque permite observar partículas subatômicas em gases super-resfriados, com milhares ou milhões de átomos, que podem formar Condensados de Bose-Einstein, considerados o quinto estado da matéria. Em temperaturas próximas ao zero absoluto, o comportamento quântico desses sistemas pode ser estudado de maneiras que hoje são inviáveis. Entre as aplicações previstas estão pesquisas sobre energia escura, forma hipotética de energia apontada como responsável pela expansão do universo, e experimentos avançados com ondas gravitacionais.

O obstáculo da gravidade terrestre

Na Terra, a gravidade limita o quão frio um conjunto de átomos pode ficar durante o resfriamento, pois ela curva a trajetória das partículas e dificulta mantê-las confinadas. Por isso, o menor valor obtido em laboratório terrestre foi de 3,5x10⁻¹⁰ K.

Uma primeira alternativa foi usar ímãs para contrabalançar a gravidade e suspender as moléculas de gás, mas esse método impõe limites ao resfriamento. Outra tentativa consistiu em soltar átomos de uma torre alta ou fazê-los flutuar em uma aeronave de gravidade zero, simulando microgravidade por um curto período. Essa abordagem chegou a cerca de 3,8x10⁻¹¹ K, valor próximo ao registrado pelos chineses, mas a temperatura só se manteve por cerca de 2 segundos, até os átomos atingirem o solo ou serem lançados para cima.

O recorde orbital

Para prolongar o tempo de observação, a equipe levou seus equipamentos à órbita terrestre baixa, a bordo da Tiangong. Ali, resfriou 20 mil átomos de rubídio até 9,7 picokelvins, ou 9,7x10⁻¹² graus acima do zero absoluto.

O procedimento empregou uma armadilha de dipolo óptico, em que lasers reduzem o movimento dos átomos e fazem com que eles percam quase toda a energia, alcançando 6 nanokelvins. Em seguida, os átomos se expandiram durante 7 segundos, o que resfriou ainda mais o sistema até o valor recorde.