Neptün ve Uranüs gibi buz devi gezegenler galaksimizde oldukça fazladır. İç kısımları esas olarak yoğun bir su, metan ve amonyak karışımından oluşur. Aşırı koşullar nedeniyle elmas yağmurları var.
Önceki bir deneyde bilim insanları derinlerde bulunan şiddetli sıcaklıkları ve basınçları simüle etti. Neptün ve Uranusbuz devleri. İlk defa elmas yağmurunun oluşmasını izleme fırsatı buldular.
Yeni bir çalışma, buz devi gezegenlerde uzun süredir varsayılan egzotik bir yağış türü olan "elmas yağmurunun" önceden düşünülenden daha yaygın olabileceğini ortaya çıkardı. Çalışma, elmas yağmurunun diğer gezegenlerde ve burada Dünya'da nasıl oluştuğunun tam bir resmini sunuyor; ilaç dağıtımı, tıbbi sensörler, invazif olmayan cerrahi, sürdürülebilir üretim, biyoteknoloji gibi çok çeşitli uygulamalara sahip olan nanoelmasların üretilmesinin yeni bir yoluna yol açabilir. ve kuantum elektroniği.
Siegfried Glanzer, Yüksek Enerji Yoğunluğu Bölümü Direktörü SLAC, dedim, "Daha önceki makale, doğrudan gördüğümüz ilk seferdi. elmas oluşumu herhangi bir karışımdan. O zamandan beri farklı saf malzemelerle birçok deney yapıldı. Ancak gezegenlerin içinde durum çok daha karmaşıktır; karışımda çok daha fazla kimyasal var. Burada, bu ek kimyasalların ne tür bir etkiye sahip olduğunu anlamak istedik."
Önceki bir deneyde bilim insanları, Neptün ve Uranüs'ün genel kimyasal yapısının iki temel unsuru olan hidrojen ve karbondan oluşan plastik bir malzemeye baktılar. Ancak buz devleri ayrıca önemli miktarlarda buz gibi ek elementler de içerir. oksijen ve karbon, ve hidrojen.
Yakın zamanda yapılan bir deneyde bilim insanları, bu gezegenlerin kompozisyonunu daha doğru bir şekilde yeniden üretmek için PET plastik kullandılar.
HZDR'de fizikçi ve Rostock Üniversitesi'nde profesör olan Dominik Kraus şunları söyledi: "PET, buz gezegenlerindeki aktiviteyi simüle etmek için karbon, hidrojen ve oksijen arasında iyi bir dengeye sahip."
Bilim insanları, SLAC'ın Linac Tutarlı Işık Kaynağındaki (LCLS) Aşırı Koşullardaki Madde (MEC) cihazında yüksek güçlü bir optik lazer kullanarak PET'te şok dalgaları yarattı. Daha sonra LCLS'den gelen X-ışını darbeleriyle plastikte neler olduğunu araştırdılar.
Bilim adamları daha sonra malzemenin atomlarının küçük elmas bölgeleri halinde yeniden düzenlenmesini izlemek için X-ışını kırınımını kullandılar. Aynı zamanda bu bölgelerin ne kadar hızlı ve büyük büyüdüğünü ölçmek için küçük açılı saçılma adı verilen başka bir yöntem kullandılar. Bu yöntem, bu elmas bölgelerinin birkaç nanometre genişliğe kadar büyüdüğünü belirlemelerine yardımcı oluyor. Nanoelmasların, maddede oksijen mevcut olduğunda daha önce belirtilenden daha düşük basınç ve sıcaklıklarda gelişebileceğini keşfettiler.
Kraus dedi ki: "Oksijenin etkisi, karbon ve hidrojenin parçalanmasını hızlandırmak ve böylece nanoelmas oluşumunu teşvik etmekti. Bu, karbon atomlarının daha kolay birleşip oluşabileceği anlamına geliyordu. elmas".
Ekip ayrıca süperiyonik suyun elmaslarla kombinasyon halinde oluşabileceğine dair kanıt da keşfetti. Yakın zamanda tanımlanan ve sıklıkla "sıcak, siyah buz" olarak adlandırılan bu su fazı, olağanüstü derecede yüksek basınç ve sıcaklıklarda bulunabilir.
Bu ağır koşullar altında su molekülleri kırılır ve oksijen atomları, hidrojen çekirdeklerinin serbestçe hareket edebildiği bir kristal kafes halinde düzenlenir. Süperiyonik su, bu serbest yüzen çekirdeklerdeki elektrik yükü nedeniyle elektrik akımı iletebilir; bu, Uranüs ve Neptün'ün neden tuhaf manyetik alanlara sahip olduğunu açıklamaya yardımcı olabilir.
Bulgular aynı zamanda uzak galaksilerdeki gezegenlere dair anlayışımızı da etkileyebilir çünkü bilim insanları artık buz devlerinin güneş sistemimiz dışındaki gezegenlerin en yaygın şekli olduğuna inanıyor.
SLAC bilim insanı ve işbirlikçisi Silvia Pandolfi şunları söyledi: "Dünya'nın çekirdeğinin ağırlıklı olarak demirden oluştuğunu biliyoruz, ancak birçok deney hala daha hafif elementlerin varlığının erime ve faz geçiş koşullarını nasıl değiştirebileceğini araştırıyor. Deneyimiz, bu elementlerin elmasların buz devleri üzerinde oluşturduğu koşulları nasıl değiştirebileceğini gösteriyor. Gezegenleri doğru bir şekilde modellemek istiyorsak, gezegenin gerçek bileşimine mümkün olduğunca yaklaşmamız gerekiyor. Gezegensel iç".
Çalışma aynı zamanda lazerle çalıştırılan şok sıkıştırma kullanılarak ucuz PET plastiklerden nanoelmas üretimi için potansiyel bir yola da işaret ediyor. Bu minik taşlar şu anda aşındırıcılarda ve cilalama maddelerinde kullanılıyor. Yine de gelecekte kuantum sensörlerinde, tıbbi kontrast maddelerinde ve yenilenebilir enerji reaksiyon hızlandırıcılarında da kullanılabilirler.
SLAC bilim insanı ve işbirlikçisi Benjamin Ofori-Okai şunları söyledi: "Nanodiamond'ların şu anda yapılma şekli, bir miktar karbon veya elmas alıp onu patlayıcılarla havaya uçurmak. Bu, çeşitli boyut ve şekillerde nanoelmaslar yaratıyor ve kontrol edilmesi zor.”
"Bu deneyde gördüğümüz şey, aynı türün yüksek sıcaklık ve basınç altında farklı reaktivite göstermesidir. Bazı durumlarda elmaslar diğerlerinden daha hızlı oluşuyor gibi görünüyor, bu da diğer kimyasalların varlığının bu süreci hızlandırabileceğini gösteriyor. Lazer üretimi, nanoelmas üretmek için daha temiz ve daha kolay kontrol edilen bir yöntem sunabilir. Reaktiviteyle ilgili bazı şeyleri değiştirmenin yollarını tasarlayabilirsek, bunların ne kadar hızlı oluştuğunu ve dolayısıyla ne kadar büyüyebileceğini değiştirebiliriz."
Bilim adamları, Uranüs ve Neptün'ün çoğunlukla oluştuğu etanol, su ve amonyak içeren sıvı örnekleri kullanarak benzer deneyler planlıyorlar; bu da onları diğer gezegenlerde elmas yağmurunun tam olarak nasıl oluştuğunu anlamaya daha da yaklaştıracak.
SLAC bilim adamı ve işbirlikçisi Nicholas Hartley şuraya, "Bu süreçlerin çok hızlı, çok küçük ölçeklerde nasıl gerçekleştiğini görmek için bu aşırı koşulları yeniden yaratabilmemiz gerçeği heyecan verici. Oksijen eklemek bizi bu gezegensel süreçlerin tam resmini görmeye her zamankinden daha da yaklaştırıyor, ancak hâlâ yapılacak daha çok iş var. Bu, en gerçekçi karışımı elde etmeye ve bu malzemelerin diğer gezegenlerde gerçekte nasıl davrandığını görmeye yönelik bir adımdır."
Dergi Referans:
- Zhiyu He ve diğerleri. Küçük açılı x-ışını saçılımı ve x-ışını kırınımı ile kaydedilen şokla sıkıştırılmış C─H─O örneklerinde elmas oluşum kinetiği. Bilim Gelişmeler. Cilt 8, Sayı 35. DOI: 10.1126/sciadv.abo0617
