Grafik, gezegenin içindeki, çevredeki buzun içinden batan elmaslardan oluşan elmas yağmurunu gösteriyor. Gezegenin derinliklerine doğru gidildikçe basınç ve sıcaklık sürekli artıyor. Aşırı sıcak bölgelerde bile aşırı yüksek basınç nedeniyle buz kalır. Kredi bilgileri: Avrupalı XFEL / Tobias Wüstefeld
Yeni bir çalışma, buzlu gezegenlerde “elmas yağmuru” olduğunu ortaya koyuyor Neptün Ve Uranüs daha önce inanılandan daha az aşırı koşullar altında oluşur. Bu fenomen gezegenlerin iç dinamiklerini ve manyetik alanlarını etkiliyor ve daha küçük ötegezegenlerde de meydana gelebilir.
Yeni bir deney, bu egzotik yağışın daha önce düşünülenden daha düşük basınç ve sıcaklıklarda oluştuğunu ve Neptün ve Uranüs’ün olağandışı manyetik alanlarını etkileyebileceğini öne sürüyor.
Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan araştırmacıların liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, Neptün ve Uranüs gibi buzlu gezegenlerde elmas oluşumuna ilişkin yeni bilgiler elde etti. Bilim adamları, bu elmasların, oluşumlarını takiben, yerçekimi kuvvetlerine tepki olarak yavaş yavaş gezegenin iç kısmına daha derin batacağına ve bunun sonucunda daha yüksek katmanlardan değerli taşların ‘yağmuruna’ yol açacağına inanıyorlar.
Sonuçlar 8 Ocak’ta yayınlandı. Doğa Astronomibu “elmas yağmurunun” önceden düşünülenden daha düşük basınç ve sıcaklıklarda oluştuğunu öne sürüyor ve Neptün ve Uranüs’ün karmaşık manyetik alanlarının kökenine dair ipuçları sağlıyor.
Gezegensel Manyetik Alanlara İlişkin Bilgiler
Araştırmayı yöneten SLAC bilim insanı Mungo Frost, “Buzlu gezegenlerdeki ‘elmas yağmuru’ bize çözmemiz gereken ilgi çekici bir bulmaca sunuyor” dedi. “İçsel bir ısıtma kaynağı sağlıyor ve karbonu gezegenin daha derinlerine taşıyor, bu da özellikleri ve bileşimleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Bu gezegenlerde bulunan iletken buzların içindeki hareketleri başlatarak manyetik alanların oluşumunu etkileyebilir.”
Avrupa XFEL’deki HED Deney istasyonu. Kredi bilgileri: Avrupalı XFEL / Jan Hosan
Deney ve Gözlemler
SLAC’ın Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını serbest elektron lazerinde (XFEL) yürütülen daha önceki çalışmalarda, bilim adamları, yüksek basınç koşullarında oluşan “elmas yağmurunu” gözlemleyebildiler ve buzlu yüzeyde elmas oluşumu olasılığını doğruladılar. Esas olarak su, amonyak ve hidrokarbonlardan oluşan gezegenler. Daha sonra oksijenin varlığının elmas oluşumunu daha olası hale getirdiğini, elmasların daha geniş bir koşullar aralığında ve daha fazla gezegende oluşmasına ve büyümesine olanak sağladığını keşfettiler.
Daha önce, yüksek basınç ve sıcaklıklar, hidrokarbonların yüksek güçlü lazerlerle şokla sıkıştırılmasıyla üretiliyordu; bu, koşulların yalnızca birkaç nanosaniye boyunca korunmasına izin veriyordu. Almanya’daki Avrupa X-ışını serbest elektron lazerinde gerçekleştirilen bu yeni deneyde ekip, reaksiyonu farklı bir yaklaşım kullanarak diğer deneylerden çok daha uzun zaman ölçeklerinde inceledi.
Bu deneyde araştırmacılar, hidrokarbon bileşiğinden yapılmış bir plastik filme maruz kaldılar. polistiren Bu buzlu gezegenlerin derinliklerinde bulunan aşırı basınç ve sıcaklıklara karşı karbon kaynağı olarak kullanılması. Yüksek basınçlar, örslerin basıncı neredeyse sonsuza kadar koruyabilen bir mini mengene gibi işlev gördüğü bir ‘elmas örs hücresi’ kullanılarak filmin iki elmasın uçları arasına sıkıştırılmasıyla oluşturuldu. Film daha sonra Avrupa XFEL tarafından üretilen çok sayıda yüksek enerjili X ışınlarına maruz bırakılarak 2200 dereceden fazla ısıtıldı. santigrat, bu gezegenlerin derinliklerinde bulunan aşırı koşulları taklit ediyor. Bu aşırı koşullar altında, gezegenlerin iç kısımlarında olduğu gibi gerçekleşen bir süreç olan filmden elmaslar oluşuyor.
Daha sonra araştırmacılar, deneyleri sırasında elmasların ne zaman ve nasıl oluştuğunu gözlemlemek için Avrupa XFEL tarafından üretilen X-ışını darbelerini kullandılar. Elmasların gözlemlendiği basınç ve sıcaklık, araştırmacıların elmasların gezegen içinde oluşması beklenen derinliği tahmin etmelerine olanak sağladı.
Manyetik Alan Gizemleri
Isıtılmış hidrokarbonları daha uzun zaman aralıklarında inceleyen araştırmacılar, elmas oluşumunun önceden varsayıldığından daha düşük basınç ve sıcaklıklarda meydana geldiğini buldu. Uranüs ve Neptün örneğinde bu, elmas yağmurunun başlangıçta düşünülenden daha sığ bir derinlikte oluşabileceği ve olağandışı manyetik alanların oluşumu üzerinde daha güçlü bir etkiye sahip olabileceği anlamına geliyor.
Dünyanın manyetik alanından farklı olarak bu buzlu gezegenlerin etrafındaki alanlar simetrik değil ve her bir kutuptan uzanmıyor. Bu özellikler, alanların gezegenin çekirdeğinde değil, ince bir iletken malzeme tabakasında üretildiğini göstermektedir.
Elmas parçacıkları oluştuktan sonra gezegenin dış katmanlarından iç katmanlarına doğru inerken gaz ve buzları da beraberinde sürükleyebiliyor ve buz akıntılarına neden olabiliyor. Yeni sonuçlar, elmasların düşerken karıştığı iletken bir buz tabakasının üzerinde oluştuğunu gösteriyor. Ortaya çıkan akımlar, gezegenlerin manyetik alanlarını yönlendiren bir tür dinamo görevi görüyor.
Ötegezegenler için çıkarımlar
Sonuçlar aynı zamanda güneş sisteminin dışında bulunan en yaygın dış gezegen türlerinden biri olan Neptün ve Uranüs’ten daha küçük olan ve “mini-Neptünler” olarak adlandırılan gaz gezegenlerinde elmas yağmurunun mümkün olabileceğini öne sürüyor.
Daha sonra araştırmacılar, elmas yağmurunun diğer gezegenlerde nasıl oluştuğunu ve diğer gezegenlerin özelliklerini nasıl etkilediğini tam olarak anlamaya onları daha da yaklaştıracak benzer deneyler planlıyor.
SLAC’ın Yüksek Enerji Yoğunluğu Direktörü Siegfried Glenzer, “Bu çığır açıcı keşif, yalnızca yerel buzlu gezegenlerimiz hakkındaki bilgimizi derinleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda güneş sistemimizin ötesindeki ötegezegenlerdeki benzer süreçleri anlamak için de çıkarımlar içeriyor” dedi.
Referans: Mungo Frost, R. Stewart McWilliams, Elena Bykova, Maxim Bykov, Rachel J. Husband, Leon M. Andriambariarijaona, Saiana Khandarkhaeva, Bernhard Massani, Karen Appel, Carsten Baehtz tarafından yazılan “Buzlu gezegen iç koşullarındaki hidrokarbonlardan elmas yağış dinamikleri” , Orianna B. Ball, Valerio Cerantola, Stella Chariton, Jinhyuk Choi, Hyunchae Cynn, Matthew J. Duff, Anand Dwivedi, Eric Edmund, Guillaume Fiquet, Heinz Graafsma, Huijeong Hwang, Nicolas Jaisle, Jaeyong Kim, Zuzana Konôpková, Torsten Laurus, Yongjae Lee, Hanns-Peter Liermann, James D. McHardy, Malcolm I. McMahon, Guillaume Morard, Motoaki Nakatsutsumi, Lan Anh Nguyen, Sandra Ninet, Vitali B. Prakapenka, Clemens Prescher, Ronald Redmer, Stephan Stern, Cornelius Strohm, Jolanta Sztuk -Dambietz, Monica Turcato, Zhongyan Wu, Siegfried H. Glenzer ve Alexander F. Goncharov, 8 Ocak 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-023-02147-x
Bu araştırma DOE’nin Bilim Ofisi ve Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi tarafından desteklenmiştir. LCLS bir DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisidir.