Az olyan jégóriás bolygók, mint a Neptunusz és az Uránusz, rendkívül elterjedtek galaxisunkban. Belsejük főként víz, metán és ammónia sűrű folyékony keverékéből áll. Az extrém körülmények miatt gyémánt esik.
Egy korábbi kísérletben a tudósok szimulálták a mélyben fellelhető súlyos hőmérsékleteket és nyomásokat Neptun és a Uránuszjégóriásai. Először nézhették meg a gyémánt eső formálását.
Egy új tanulmány megállapította, hogy a „gyémánt eső”, egy régóta feltételezett egzotikus típusú csapadék a jégóriás bolygókon, gyakoribb lehet, mint azt korábban gondolták. A tanulmány teljes képet ad arról, hogyan képződik gyémánt eső más bolygókon, és itt a Földön hogyan vezethet a nanogyémántok előállításának új módjaihoz, amelyek széles körben alkalmazhatók a gyógyszerszállításban, orvosi érzékelőkben, noninvazív sebészetben, fenntartható gyártásban, és a kvantumelektronika.
Siegfried Glanzer, a High Energy Density Division igazgatója SLAC, mondott, „A korábbi újság volt az első alkalom, hogy közvetlenül láttuk gyémántképzés bármilyen keverékből. Azóta sok kísérlet történt különböző tiszta anyagokkal. De a bolygókon belül ez sokkal bonyolultabb; sokkal több vegyszer van a keverékben. Tehát azt akartuk kitalálni, hogy milyen hatást fejtenek ki ezek a további vegyszerek.”
Egy korábbi kísérletben a tudósok egy hidrogénből és szénből álló műanyagot vizsgáltak, amely a Neptunusz és az Uránusz általános kémiai szerkezetének két alapvető eleme. De a jégóriások további elemeket is tartalmaznak, például jelentős mennyiségben oxigén és a szénés hidrogén.
Egy nemrégiben végzett kísérletben a tudósok PET-műanyagot használtak e bolygók összetételének pontosabb reprodukálására.
Dominik Kraus, a HZDR fizikusa és a Rostocki Egyetem professzora elmondta: "A PET jó egyensúlyban van a szén, a hidrogén és az oxigén között, hogy szimulálja a jégbolygók aktivitását."
A tudósok lökéshullámokat hoztak létre a PET-ben egy nagy teljesítményű optikai lézer segítségével a SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS) Matter in Extreme Conditions (MEC) műszerében. Ezután az LCLS röntgenimpulzusaival tárták fel, mi történt a műanyagban.
A tudósok később röntgendiffrakcióval figyelték, ahogy az anyag atomjai kis gyémántrégiókba rendeződnek át. Ugyanakkor egy másik módszert, az úgynevezett kisszögű szórást alkalmazták annak mérésére, hogy ezek a régiók milyen gyorsan és nagyra nőttek. Ez a módszer segít meghatározni, hogy ezek a gyémánt régiók néhány nanométer szélesre nőttek. Felfedezték, hogy a nanogyémántok alacsonyabb nyomáson és hőmérsékleten fejlődhetnek ki, mint azt korábban megállapították, amikor oxigén van jelen az anyagban.
Kraus azt mondta: „Az oxigén hatása az volt, hogy felgyorsította a szén és a hidrogén felhasadását, és ezáltal elősegítette a nanogyémántok képződését. Ez azt jelentette, hogy a szénatomok könnyebben egyesülhetnek és könnyebben alakulhatnak gyémánt. "
A csapat arra is bizonyítékot fedezett fel, hogy szuperionos víz gyémántokkal kombinálva is előfordulhat. Ez a nemrég azonosított vízfázis, amelyet gyakran „forró, fekete jégként” emlegetnek, rendkívül magas nyomáson és hőmérsékleten található.
A vízmolekulák ezekben a súlyos körülmények között eltörnek, és az oxigénatomok kristályrácsba szerveződnek, ahol a hidrogénmagok szabadon mozoghatnak. A szuperionos víz a szabadon lebegő atommagok elektromos töltése miatt elektromos áramot vezethet, ami segíthet megmagyarázni, hogy az Uránusz és a Neptunusz miért rendelkezik sajátos mágneses mezővel.
A leletek hatással lehetnek a távoli galaxisok bolygóiról alkotott képünkre is, mivel a tudósok úgy vélik, hogy a jégóriások a Naprendszerünkön kívüli bolygók leggyakoribb formája.
Az SLAC tudósa és munkatársa, Silvia Pandolfi elmondta: „Tudjuk, hogy a Föld magja túlnyomórészt vasból készül, de még mindig sok kísérlet vizsgálja, hogyan változtathatja meg a könnyebb elemek jelenléte az olvadás és a fázisátalakulás körülményeit. Kísérletünk bemutatja, hogyan változtathatják meg ezek az elemek a jégóriásokon a gyémántok kialakulásának körülményeit. Ha pontosan szeretnénk modellezni a bolygókat, akkor a lehető legközelebb kell jutnunk a tényleges összetételéhez bolygó belső. "
A tanulmány rámutat arra is, hogy a nanogyémántok olcsó PET-műanyagokból lézerrel vezérelt sokk-sűrítéssel állíthatók elő. Ezeket az apró drágaköveket jelenleg csiszoló- és polírozószerekben használják. Ennek ellenére a jövőben felhasználhatók kvantumérzékelőkben, gyógyászati kontrasztanyagokban és megújuló energiák reakciógyorsítóiban is.
Az SLAC tudósa és munkatársa, Benjamin Ofori-Okai elmondta: „A nanogyémántokat jelenleg úgy készítik, hogy veszünk egy csomó szenet vagy gyémántot, és robbanóanyaggal felfújják. Ez különféle méretű és alakú nanogyémántokat hoz létre, amelyeket nehéz ellenőrizni.”
„Amit ebben a kísérletben látunk, az ugyanazon faj eltérő reaktivitása magas hőmérsékleten és nyomáson. Egyes esetekben úgy tűnik, hogy a gyémántok gyorsabban formálódnak, mint másokban, ami arra utal, hogy ezen egyéb vegyszerek jelenléte felgyorsíthatja ezt a folyamatot. A lézeres gyártás tisztább és könnyebben szabályozható módszert kínálhat a nanogyémántok előállítására. Ha meg tudjuk tervezni azokat a módokat, amelyekkel megváltoztathatunk néhány dolgot a reakciókészséggel kapcsolatban, akkor megváltoztathatjuk, hogy milyen gyorsan alakulnak ki, és ezáltal milyen nagyok lesznek.”
A tudósok hasonló kísérleteket terveznek etanolt, vizet és ammóniát tartalmazó folyékony minták felhasználásával – amiből az Uránusz és a Neptunusz többnyire készül –, ami közelebb viszi őket annak megértéséhez, hogyan keletkezik a gyémánt eső más bolygókon.
Az SLAC tudósa és munkatársa, Nicholas Hartley mondott, „Izgalmas az a tény, hogy újrateremthetjük ezeket az extrém körülményeket, hogy meglássuk, hogyan játszódnak le ezek a folyamatok nagyon gyors, nagyon kis léptékben. Az oxigén hozzáadása közelebb visz minket, mint valaha, hogy teljes képet lássunk ezekről a bolygófolyamatokról, de még mindig több a tennivaló. Ez egy lépés afelé, hogy a legreálisabb keveréket kapjuk, és meglássuk, hogyan viselkednek ezek az anyagok más bolygókon.”
Journal Reference:
- Zhiyu He et al. Gyémántképződési kinetika lökés-sűrített C─H─O mintákban, amelyeket kis szögű röntgenszórással és röntgendiffrakcióval rögzítettünk. Tudomány előlegek. Vol 8, Issue 35. DOI: 10.1126/sciadv.abo0617
