Dev buzlu gezegenlerde ‘elmas yağmuru’ önceden düşünülenden daha yaygın olabilir

Yeni bir çalışma, buz devi gezegenler üzerinde uzun süredir varsayılmış egzotik bir yağış türü olan “elmas yağmuru”nun önceden düşünülenden daha yaygın olabileceğini buldu.

Daha önceki bir deneyde, araştırmacılar, buz devleri Neptün ve Uranüs’ün derinliklerinde bulunan aşırı sıcaklıkları ve basınçları taklit ettiler ve ilk kez, oluştuğu sırada elmas yağmurunu gözlemlediler.

Bu süreci Neptün ve Uranüs’ün kimyasal yapısına daha çok benzeyen yeni bir malzemede araştıran, Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan bilim adamları ve meslektaşları, oksijenin varlığının elmas oluşumunu daha olası hale getirdiğini ve bunların oluşmasına ve büyümesine izin verdiğini keşfettiler. daha geniş bir koşul aralığında ve daha fazla gezegende.

Yeni çalışma, elmas yağmurunun diğer gezegenlerde ve burada Dünya’da nasıl oluştuğuna dair daha eksiksiz bir resim sunuyor, ilaç dağıtımı, tıbbi sensörler, invaziv olmayan cerrahi, sürdürülebilir üretim ve kuantum elektroniği.

SLAC Yüksek Enerji Yoğunluğu Bölümü direktörü Siegfried Glenzer, “Daha önceki kağıt, herhangi bir karışımdan elmas oluşumunu doğrudan gördüğümüz ilk seferdi” dedi. “O zamandan beri, farklı saf malzemelerle oldukça fazla deney yapıldı. Ama gezegenlerin içinde, çok daha karmaşık; karışımda çok daha fazla kimyasal var. Dolayısıyla, burada anlamak istediğimiz şey, ne tür bir malzeme olduğuydu. bu ek kimyasalların sahip olduğu etki.”

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ve Almanya’daki Rostock Üniversitesi’nin yanı sıra Fransa’nın École Polytechnique tarafından SLAC ile işbirliği içinde yönetilen ekip, sonuçları bugün Bilim Gelişmeleri.

Plastik ile başlayan

Bir önceki deneyde, araştırmacılar, Neptün ve Uranüs’ün genel kimyasal bileşiminin temel bileşenleri olan hidrojen ve karbon karışımından yapılmış plastik bir malzeme üzerinde çalıştılar. Ancak karbon ve hidrojene ek olarak, buz devleri büyük miktarda oksijen gibi başka elementler de içerir.

Daha yakın tarihli deneyde, araştırmacılar bu gezegenlerin bileşimini daha doğru bir şekilde yeniden üretmek için genellikle gıda ambalajlarında, plastik şişelerde ve kaplarda kullanılan PET plastik kullandılar.

HZDR’de fizikçi ve Rostock Üniversitesi’nde profesör olan Dominik Kraus, “PET, buz gezegenlerindeki aktiviteyi simüle etmek için karbon, hidrojen ve oksijen arasında iyi bir dengeye sahip” dedi.

Oksijen bir elmasın en iyi arkadaşıdır

Araştırmacılar, PET’te şok dalgaları oluşturmak için SLAC’ın Linac Tutarlı Işık Kaynağında (LCLS) Aşırı Koşullarda (MEC) Matter cihazında yüksek güçlü bir optik lazer kullandılar. Ardından, LCLS’den gelen X-ışını darbeleriyle plastikte neler olduğunu araştırdılar.

X-ışını kırınımı adı verilen bir yöntem kullanarak, malzemenin atomlarının küçük elmas bölgelerine yeniden düzenlenmesini izlediler. Aynı anda, bu bölgelerin ne kadar hızlı ve genişlediğini ölçmek için, ilk makalede kullanılmayan küçük açılı saçılma adı verilen başka bir yöntem kullandılar. Bu ek yöntemi kullanarak, bu elmas bölgelerinin birkaç nanometre genişliğe kadar büyüdüğünü belirleyebildiler. Malzemede oksijen bulunmasıyla nano elmasların daha önce gözlemlenenden daha düşük basınç ve sıcaklıklarda büyüyebildiğini buldular.

Kraus, “Oksinin etkisi, karbon ve hidrojenin ayrılmasını hızlandırmak ve böylece nano elmasların oluşumunu teşvik etmekti.” Dedi. “Bu, karbon atomlarının daha kolay birleşebileceği ve elmasları oluşturabileceği anlamına geliyordu.”

Buzlu gezegenler

Araştırmacılar, Neptün ve Uranüs’teki elmasların bu deneylerde üretilen nano elmaslardan çok daha büyük olacağını tahmin ediyor – belki de milyonlarca karat ağırlığında. Binlerce yıl boyunca, elmaslar yavaş yavaş gezegenlerin buz katmanlarına batabilir ve katı gezegen çekirdeğinin etrafında kalın bir bling tabakası halinde bir araya gelebilir.

Ekip ayrıca elmaslarla birlikte süper iyonik suyun da oluşabileceğine dair kanıtlar buldu. Yakın zamanda keşfedilen ve genellikle “sıcak, siyah buz” olarak tanımlanan bu su fazı, aşırı yüksek sıcaklık ve basınçlarda bulunur. Bu aşırı koşullarda, su molekülleri parçalanır ve oksijen atomları, hidrojen çekirdeklerinin etrafında serbestçe yüzdüğü bir kristal kafes oluşturur. Bu serbest yüzen çekirdekler elektrik yüklü olduğundan, süper iyonik su elektrik akımını iletebilir ve Uranüs ve Neptün’deki olağandışı manyetik alanları açıklayabilir.

Bilim adamları artık buz devlerinin güneş sistemimizin dışındaki en yaygın gezegen şekli olduğuna inandıklarından, bulgular uzak galaksilerdeki gezegenleri anlamamızı da etkileyebilir.

SLAC bilim adamı ve işbirlikçisi Silvia Pandolfi, “Dünya’nın çekirdeğinin ağırlıklı olarak demirden yapıldığını biliyoruz, ancak birçok deney daha hafif elementlerin varlığının erime ve faz geçiş koşullarını nasıl değiştirebileceğini araştırıyor” dedi. “Deneyimiz, bu elementlerin buz devleri üzerinde elmasların oluştuğu koşulları nasıl değiştirebileceğini gösteriyor. Gezegenleri doğru bir şekilde modellemek istiyorsak, gezegenin iç yapısının gerçek bileşimine olabildiğince yaklaşmamız gerekiyor.”

Kaba elmaslar

Araştırma ayrıca, ucuz PET plastiklerin lazerle çalıştırılan şok sıkıştırmasıyla nano elmaslar üretmek için ileriye dönük potansiyel bir yol olduğunu gösteriyor. Halihazırda aşındırıcılara ve cilalama maddelerine dahil edilmiş olsa da, gelecekte bu küçük taşlar potansiyel olarak kuantum sensörleri, tıbbi kontrast maddeleri ve yenilenebilir enerji için reaksiyon hızlandırıcıları için kullanılabilir.

SLAC bilim adamı ve işbirlikçisi Benjamin Ofori-Okai, “Nanodiamondların şu anda yapılma şekli, bir grup karbon veya elmas alıp patlayıcılarla patlatmaktır” dedi. “Bu, çeşitli boyut ve şekillerde nano elmaslar yaratıyor ve kontrol edilmesi zor. Bu deneyde gördüğümüz şey, aynı türün yüksek sıcaklık ve basınç altında farklı bir reaktivitesi. 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 çabuk değiştirilebileceğini değiştirebiliriz. şekil ve dolayısıyla ne kadar büyük olurlar.”

Daha sonra araştırmacılar, Uranüs ve Neptün’ün çoğunlukla yapıldığı etanol, su ve amonyak içeren sıvı numuneleri kullanarak benzer deneyler planlıyorlar ve bu da onları diğer gezegenlerde elmas yağmurunun tam olarak nasıl oluştuğunu anlamaya daha da yaklaştıracak.

SLAC bilim adamı ve işbirlikçisi Nicholas Hartley, “Bu süreçlerin çok hızlı, çok küçük ölçeklerde nasıl işlediğini görmek için bu aşırı koşulları yeniden yaratabilmemiz heyecan verici” dedi. “Oksijen eklemek bizi bu gezegensel süreçlerin tam resmini görmeye hiç olmadığı kadar yaklaştırıyor, ancak daha yapılacak çok iş var. En gerçekçi karışımı elde etme ve bu malzemelerin diğer gezegenlerde gerçekten nasıl davrandığını görme yolunda atılmış bir adım. ”