Na Uranie i Neptunie diamenty spadają z nieba. Naukowcy wiedzą, dlaczego

To wszystko oczywiście teoria, aktualnie wspomagana nową hipotezą bazującą na eksperymencie z laserem na swobodnych elektronach generującym twarde promieniowanie X (Linac Coherent Light Source, LCLS). Opisano go w czasopiśmie ”Nature Communications”.

Badaniem mechanizmów stojących za ‘’deszczem diamentów” zajęli się eksperci od fizyki cząstek elementarnych z Centrum Liniowego Akceleratora uczelni Stanforda (SLAC), gdzie znajduje się LCLS. Tam właśnie stwierdzono, że węgiel wewnątrz obu planet przechodzi wprost do krystalicznej formy, diamentu.

– Te badania rzucają nieco światła na ten fenomen, zjawisko trudne do wyrażenia z pomocą komputacyjnego modelu: mieszalności dwóch elementów, lub jak połączą się jeżeli je zmieszać – wyjaśnił ekspert od fizyki plazmy Mike Dunne, dyrektor laboratorium obsługującym LCLS i dodał, że udało się pokazać, jak dwa elementy rozdzielają się, ”co przypomina rozdzielenie majonezu z powrotem do oleju i octu”.

Jak zauważa Science Alert, Neptun i Uran to dwie najsłabiej chyba poznane planety Układu Słonecznego. Są daleko, oglądała je tylko jedna ziemska sonda i to przy pomocy antycznych, z dzisiejszej perspektywy, instrumentów.

Według NASA, zrozumienie tego, co dzieje się wewnątrz i w środku lodowych gigantów byłoby cenne choćby z faktu, że przypominające Neptuna ciała egzoplanety są 10-krotnie bardziej powszechne we Wszechświecie niż ciała niebieskie w rodzaju Jowisza.

Nie da się zrozumieć zjawisk zachodzących wewnątrz tych planet bez zajrzenia pod niebieski wodorowo-helowy płaszcz atmosfery. Poniżej znajduje się super gorący, super gęsty i płynny zmrożony koktajl wody, metanu i amoniaku. Warstwy tego miksu przenikają się aż do jądra planety.

O tym, że deszcze diamentów mogą faktycznie być czymś realnym naukowcy przekonują od ponad 40 lat. Znajdźcie odpowiednio duże ciśnienie, wysoką temperaturę i z metanu da się zrobić diament. Dlaczego by więc nie na Uranie i Neptunie…

Podczas eksperymentu w ośrodku SLAC, zespół naukowców kierowanych przez niemieckiego fizyka Dominika Krausa użył lasera generującego twarde promieniowanie X a metan (CH4) zastąpił polistyrenem (C8H8).

– Mamy nowe i obiecujące podejście metodą rozpraszania promieniowania RTG (ang. X-ray scattering). Nasze eksperymenty dostarczają ważnych parametrów tam, gdzie wcześniej mieliśmy tylko jedną wielką niepewność. Im więcej egzoplanet odkryjemy, tym bardziej ta technika okaże się przydatna – wyjaśnił Kraus w informacji prasowej.

Mając w ręku odpowiedni materiał trzeba było poddać go działaniu ciśnienia i temperatury jak te panujące 10 tys. km pod powierzchnią Neptuna (tę planetę wybrano do eksperymentu). Laser podgrzał polistyren do temperatury 5000 Kelvinów (4727 st. C) a potem dołożono jeszcze nacisk 1,5 mln atmosfer.

– To jakby postawić 250 afrykańskich słoni na powierzchni wielkości kciuka – podkreślił niemiecki fizyk. Potem dokonano badania wspomnianą metodą rozpraszania promieniowania RTG. Pozwala ona śledzić ruch elektronów w polistyrenie, a w konsekwencji zaobserwować przemianę węgla w diament oraz tego, co dzieje się z resztą materiału (zmienia się w wodór). Nie zostają żadne resztki.

- Patrząc teraz na procesy wewnątrz tych dwóch zmrożonych planet wiemy już, że rozbijany węgiel praktycznie wyłącznie tworzy diamenty i nie przyjmuje po drodze płynnej formy – wyjaśnił Dominik Kraus.

Odkrycie to dodatkowo tłumaczy pewien niezrozumiały fenomen zbyt wysokiej temperatury panującej wewnątrz Neptuna. Według wszystkiego co dotąd wiedzieliśmy o tej planecie, oddaje 2,6 razy więcej energii niż sama pochłania ze Słońca.

- Gdyby diamenty, materiał dużo gęściejszy niż ich otoczenie, faktycznie opadały w głąb Neptuna, mogłaby uwalniać energię grawitacyjną, którą interakcje między diamentami zmieniałyby w energię cieplną – zauważa Science Alert.