Aurinkokunnan ulkoisten planeettojen sisäinen rakenne on edelleen mysteeri tähtitieteilijöille. Jupiterin tapauksessa NASAn Juno-avaruuskoetin auttaa ratkaisemaan tämän mysteerin. Ja maanpäällisessä laboratoriossa tutkijat ovat löytäneet vihjeitä, joiden avulla voit katsoa syvälle jääjättien Neptunuksen ja Uranuksen sisälle. Ja kävi ilmi, että siellä voi olla timanttisateita.
Kansainvälinen tutkijaryhmä pystyi osoittamaan, että hiilivetyyhdisteet hajoavat jättiläisten jääplaneettojen - Neptunuksen ja Uranuksen - sisällä. Tämä muuttaa hiilen "timanttisadeksi".
Dresden-Rossendorfin (HZDR) Helmholtz-keskuksen (HZDR) tutkijat pystyivät yhdessä saksalaisten ja amerikkalaisten kollegoidensa kanssa osoittamaan, että aurinkokuntamme jääjättien sisällä muodostuu "timanttisateita". Kalifornian Stanfordin kansallisen kiihdytinlaboratorion (SLAC) ultraäänitehokkaiden röntgenlaserien ja muiden laitteiden avulla he simuloivat avaruusjättien sisäistä rakennetta. Tämän ansiosta tutkijat pystyivät ensimmäistä kertaa reaaliajassa tarkkailemaan hiilivetyjen hajoamista ja hiilen muuttumista timantiksi.
Kiinteä ydin, kääritty tiheisiin "jääkerroksiin" - näin näyttää Neptunuksen ja Uranuksen planeettojen sisäinen rakenne. Tällainen avaruusjää koostuu pääasiassa hiilivedyistä, vedestä ja ammoniakista. Ja hyvin pitkään astrofyysikot ovat olleet taipuvaisia ajattelemaan, että erittäin korkea paine, joka vallitsee täällä noin 10 tuhannen kilometrin syvyydessä, johtaa hiilivetyjen jakautumiseen. Tässä tapauksessa muodostuu timantteja, jotka syöksyvät edelleen planeettojen syvyyteen.
"Tähän mennessä kukaan ei ole pystynyt havaitsemaan tällaista loistavaa sademäärää suorassa kokeessa", sanoo tohtori Dominik Kraus HZDR: stä. Mutta juuri tässä hän ja hänen johtama kansainvälinen tutkijaryhmä onnistuivat. "Tutkimuksemme aikana sijoitimme erityisen muovimuodon - polystyreeni, joka perustuu hiilen ja vedyn seokseen, samanlaisissa olosuhteissa kuin Neptunuksen ja Uranuksen sisällä."
Halutun vaikutuksen saavuttamiseksi he lähettivät näytteistä kaksi iskuaalloa, joita innostivat erittäin voimakkaat optiset laserit yhdessä SLAC-röntgenlähteen, nimeltään Linear Coherent Light Source (LCLS), kanssa. Tämän seurauksena muovi puristettiin noin 150 gigapascalin paineessa noin 5000 celsiusasteen lämpötilassa. "Ensimmäisen, heikomman ja hitaamman aallon ohitti voimakkaampi toinen aalto", kertoo Kraus. "Ja juuri tällä hetkellä, kun molemmat aallot leikkaavat, muodostuu suurin osa timanteista."
Koska tämä kestää vain murto-osan sekunnista, tutkijat käyttivät nopeaa röntgensädefraktiota, joka antoi heille tilannekuvan timanttien muodostumisesta ja kemiallisista prosesseista. "Kokeet osoittavat, että melkein kaikki hiiliatomit yhdistyvät muodostaen nanometrin kokoisia timanttirakenteita", tiivistää Dresdenin tutkija. Tulosten perusteella tutkimuksen tekijät ehdottavat, että Neptunuksen ja Uranuksen timantit muodostavat huomattavasti suurempia rakenteita ja asettuvat hitaasti planeetan ytimeen tuhansien ja miljoonien vuosien ajan.
"Saamastamme kokeellisesta tiedosta voimme kerätä myös tietoa, jonka avulla voimme paremmin ymmärtää eksoplaneettojen rakennetta", Kraus kertoo näkymistä. Tällaisille aurinkokunnan ulkopuolisille avaruusjätteille tutkijat voivat mitata vain kaksi parametria: massa, joka määritetään heidän emotähtensä sijaintivärähtelyistä, ja säteen, jonka tähtitieteilijät johtavat himmenemisestä, joka tapahtuu, kun planeetta kulkee tähtikiekon edessä. Kahden arvon välinen suhde antaa sinun saada alkutiedot kemiallisesta rakenteesta, esimerkiksi siitä, koostuuko planeetta kevyistä vai raskaista alkuaineista.
Mainosvideo:
"Ja planeettojen sisällä olevat kemialliset prosessit kertovat meille näkökohtia, joiden avulla voimme tehdä johtopäätöksiä näiden taivaankappaleiden perusominaisuuksista", jatkaa Kraus. "Tämän ansiosta voimme parantaa ja parantaa tieteessä jo olemassa olevia planeettamalleja. Tutkimukset osoittavat, että mallinnusta ei voida vielä pitää erityisen tarkkana menetelmänä."
Astrofyysisen tiedon lisäksi kokeilla voi olla myös käytännön arvoa. Esimerkiksi kokeiden aikana muodostuneita nanodiamantteja voidaan käyttää elektroniikkalaitteissa ja lääketieteellisessä tekniikassa sekä materiaalien leikkaamiseen teollisessa tuotannossa. Toistaiseksi keinotimantteja valmistetaan räjähdyksillä. Mutta niiden tekeminen lasertekniikalla tekee tuotannosta puhtaampaa ja hallittavampaa.
Tutkijat kirjoittivat tutkimuksen tuloksista Nature Astronomy -lehdessä julkaistussa artikkelissa.