Notranja zgradba zunanjih planetov sončnega sistema je še vedno skrivnost astronomov. V primeru Jupitra NASA-ina vesoljska sonda Juno pomaga rešiti to skrivnost. In v zemeljskem laboratoriju so raziskovalci našli sledi, ki vam omogočajo pogled globoko v ledena velikana Neptun in Uran. In izkazalo se je, da tam lahko diamantno dežuje.
Mednarodna skupina raziskovalcev je lahko pokazala, da se ogljikovodikove spojine delijo znotraj velikanskih ledenih planetov - Neptuna in Urana. To ogljik spremeni v "diamantni dež".
Znanstveniki iz Helmholtzovega centra v Dresdenu-Rossendorfu (HZDR) so v sodelovanju z nemškimi in ameriškimi kolegi lahko pokazali, da znotraj ledenih velikanov našega sončnega sistema nastajajo "diamantni deževi". S pomočjo ultrazmogljivih rentgenskih laserjev in drugih naprav v Stanfordskem nacionalnem laboratoriju za pospeševanje (SLAC) v Kaliforniji so simulirali notranjo strukturo vesoljskih velikanov. Zahvaljujoč temu so lahko znanstveniki prvič v realnem času opazovali razgradnjo ogljikovodikov in pretvorbo ogljika v diamant.
Trdno jedro, zavito v goste plasti "ledu" - tako izgleda notranja zgradba planetov Neptun in Uran. Tak vesoljski led je sestavljen predvsem iz ogljikovodikov, vode in amoniaka. In že zelo dolgo so astrofiziki nagnjeni k misli, da izjemno visok tlak, ki tukaj prevladuje na globini približno 10 tisoč kilometrov, vodi do razgradnje ogljikovodikov. V tem primeru nastanejo diamanti, ki se potopijo še globlje v planete.
"Do zdaj še nihče ni mogel opaziti tako briljantnih padavin v neposrednem poskusu," pravi dr. Dominik Kraus iz HZDR. A prav v tem je uspel njemu in mednarodni skupini raziskovalcev, ki jo je vodil. "Med našimi raziskavami smo postavili posebno obliko plastike - polistiren, ki temelji na mešanici ogljika in vodika, v pogojih, podobnih tistim v Neptunu in Uranu."
Da bi dosegli želeni učinek, so skozi vzorce poslali dva udarna vala, ki sta jih vzbudila izjemno močna optična laserja v kombinaciji z rentgenskim virom SLAC, imenovanim Linear Coherent Light Source (LCLS). Posledično je bila plastika stisnjena pod pritiskom približno 150 gigapaškalov pri temperaturi okoli 5000 stopinj Celzija. "Prvi, šibkejši in počasnejši val je prehitel močnejši drugi val," pojasnjuje Kraus. "In ravno v trenutku, ko se oba vala sekata, nastane večina diamantov."
Ker to traja le delček sekunde, so raziskovalci uporabili visokohitrostno rentgensko defrakcijo, ki jim je zagotovila posnetek nastajanja diamantov in kemičnih procesov. "Poskusi kažejo, da se skoraj vsi ogljikovi atomi kombinirajo in tvorijo nanometrske diamantne strukture," povzame znanstvenik iz Dresdena. Na podlagi rezultatov avtorji študije predlagajo, da diamanti na Neptunu in Uranu tvorijo bistveno večje strukture in se skozi tisoče in milijone let počasi naselijo v jedru planeta.
"Iz eksperimentalnih podatkov, ki smo jih prejeli, lahko pridobimo tudi informacije, ki nam bodo omogočile boljše razumevanje strukture eksoplanetov," pravi Kraus o obetih. Za takšne vesoljske orjake zunaj osončja lahko raziskovalci izmerijo le dva parametra: maso, ki je določena iz položajnih nihanj njihove matične zvezde, in polmer, ki ga astronomi izhajajo iz zatemnitve, ki nastane, ko planet prehaja pred zvezdni disk. Razmerje med obema vrednostma vam omogoča, da dobite začetne podatke o kemijski strukturi, na primer, ali je planet sestavljen iz lahkih ali težkih elementov.
Promocijski video:
"In kemični procesi znotraj planetov nam govorijo o vidikih, ki nam omogočajo sklepanje o osnovnih lastnostih teh nebesnih teles," nadaljuje Kraus. »Zahvaljujoč temu lahko izboljšujemo in izboljšujemo planetarne modele, ki že obstajajo v znanosti. Študije kažejo, da modeliranje še ni posebej natančna metoda."
Toda eksperimenti imajo lahko poleg astrofizičnega znanja tudi praktično vrednost. Nanodelci, ki nastanejo med poskusi, se na primer lahko uporabljajo za elektronske instrumente in v medicinski tehnologiji, pa tudi za rezanje materialov v industrijski proizvodnji. Zaenkrat se umetni diamanti izdelujejo z eksplozijami. Toda z uporabo laserske tehnologije bo takšna proizvodnja čistejša in bolj nadzorovana.
Znanstveniki so o rezultatih raziskave pisali v članku, objavljenem v reviji Nature Astronomy.