A Naprendszer külső bolygóinak belső szerkezete még mindig rejtély a csillagászok számára. A Jupiter esetében a NASA Juno űrszondája segít megoldani ezt a rejtélyt. A földi laboratóriumban pedig a kutatók olyan nyomokat fedeztek fel, amelyek lehetővé teszik, hogy mélyen belenézzünk a Neptunusz és az Urán jégóriásokba. És kiderült, hogy gyémánt esők lehetnek ott.
Nemzetközi kutatócsoport be tudta mutatni, hogy szénhidrogén vegyületek hasadnak az óriás jégbolygók - a Neptunusz és az Uránusz - belsejében. Ezáltal a szén "gyémánt esővé" válik.
A drezdai Rossendorfi Helmholtz Központ (HZDR) tudósai német és amerikai kollégáikkal együttműködve be tudták mutatni, hogy "gyémántesők" keletkeznek naprendszerünk jégóriásaiban. A kaliforniai Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) ultranagy teljesítményű röntgenlézerek és egyéb létesítmények segítségével szimulálták az űróriások belső szerkezetét. Ennek köszönhetően a tudósok először valós időben figyelhették meg a szénhidrogének lebomlását és a szén gyémánttá történő átalakulását.
Szilárd mag, sűrű "jég" rétegekbe burkolva - így néz ki a Neptunusz és az Urán bolygók belső szerkezete. Az ilyen űrjég elsősorban szénhidrogénekből, vízből és ammóniából áll. Az asztrofizikusok pedig már nagyon régóta hajlamosak azt gondolni, hogy a rendkívül nagy nyomás, amely itt körülbelül 10 ezer kilométeres mélységben uralkodik, a szénhidrogének bomlásához vezet. Ebben az esetben gyémántok képződnek, amelyek tovább süllyednek a bolygók mélyére.
"Mostanáig senki sem tudta megfigyelni az ilyen ragyogó csapadékot egy közvetlen kísérlet során" - mondja Dr. Dominik Kraus, a HZDR munkatársa. De ebben sikerült neki és az általa vezetett nemzetközi kutatócsoportnak. "Kutatásunk során a műanyag speciális formáját - a polisztirolt, amely szén és hidrogén keverékén alapul, olyan körülmények között helyeztünk el, mint a Neptunusz és az Uránusz belsejében."
A kívánt hatás elérése érdekében két lökéshullámot küldtek a mintákon, amelyeket rendkívül erős optikai lézerek gerjesztettek, kombinálva a Linear Coherent Light Source (LCLS) nevű SLAC röntgenforrással. Ennek eredményeként a műanyag körülbelül 150 gigapascál nyomáson, körülbelül 5000 Celsius-fokos hőmérsékleten összenyomódott. "Az első, gyengébb és lassabb hullámot megelőzte az erősebb második hullám" - magyarázza Kraus. "És éppen abban a pillanatban keletkezik a legtöbb gyémánt, amikor mindkét hullám keresztezi egymást."
Mivel ez csak a másodperc töredékéig tart, a kutatók nagysebességű röntgendefrakciót alkalmaztak, amely pillanatfelvételt nyújtott számukra a gyémántképződésről és a kémiai folyamatokról. "A kísérletek azt mutatják, hogy szinte az összes szénatom nanoméretű gyémántszerkezetekké egyesül" - foglalja össze a drezdai tudós. Az eredmények alapján a tanulmány szerzői azt sugallják, hogy a Neptunuszon és az Uránon található gyémántok lényegesen nagyobb struktúrákat alkotnak, és lassan, több ezer és millió év alatt megtelepednek a bolygó magjában.
"A kapott kísérleti adatokból olyan információkat is gyűjthetünk, amelyek lehetővé teszik az exobolygók szerkezetének jobb megértését" - mondja Kraus a kilátásokról. Az ilyen, a Naprendszeren kívüli űróriások esetében a kutatók csak két paramétert mérhetnek: a tömeget, amelyet szülőcsillaguk helyzetbeli rezgései alapján határoznak meg, és azt a sugarat, amelyet a csillagászok abból a tompulásból adnak, amely akkor következik be, amikor a bolygó a csillagkorong előtt halad át. A két érték közötti kapcsolat lehetővé teszi a kémiai szerkezet kezdeti adatainak megszerzését, például azt, hogy a bolygó könnyű vagy nehéz elemekből áll-e.
Promóciós videó:
"És a bolygókon belüli kémiai folyamatok olyan szempontokat közölnek velünk, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy következtetéseket vonjunk le ezen égitestek alapvető tulajdonságairól" - folytatja Kraus. „Ennek köszönhetően javíthatjuk és fejleszthetjük a tudományban már létező bolygómodelleket. Tanulmányok azt mutatják, hogy a modellezés még nem tekinthető különösebben pontos módszernek."
De az asztrofizikai ismeretek mellett a kísérleteknek gyakorlati értéke is lehet. Így például a kísérletek során képződött nanodiamondok felhasználhatók elektronikus műszerekhez és az orvostechnikához, valamint az ipari termelés anyagainak vágásához. Eddig mesterséges gyémántokat készítettek robbanások segítségével. De ha lézertechnikával alkalmazzák őket, az ilyen gyártás tisztábbá és kontrolláltabbá válik.
A tudósok a Nature Astronomy folyóiratban megjelent cikkben írtak a kutatás eredményeiről.