Een vreemde vorm van neerslag genaamd “diamantregen” – waarvan lang werd aangenomen dat het voorkomt in de diepten van ijzige reuzenplaneten – zou vaker voor kunnen komen dan eerder werd gedacht.
Een team van onderzoekers voerde experimenten uit met een stof die lijkt op die van ijsreuzen zoals de planeten van het zonnestelsel Neptunus En de Uranusen de ontdekking dat de aanwezigheid van zuurstof de kans op diamantvorming vergroot en dat diamanten zich kunnen vormen bij lage temperaturen en drukken.
Dit betekent dat diamanten kunnen groeien in een breed scala van omstandigheden in deze ijskoude werelden. Als gevolg hiervan zou de kans groter zijn dat diamantregen door het binnenste van de ijsreuzen valt.
Verwant: Ja, er is inderdaad een ‘Diamond Rain’ op Uranus en Neptunus
Dezelfde experimenten ontdekten ook de vorming van een vreemde vorm van water die zou kunnen helpen bij het verklaren van de magnetische velden van Uranus en Neptunus die astronomen tot nu toe hebben verbijsterd.
Het onderzoek zou ons beeld van ijsreuzen kunnen veranderen, waarvan sommige wetenschappers hebben getheoretiseerd dat het een van de meest voorkomende vormen van exoplaneten is – exoplaneten. Zonnestelsel.
Het team van wetenschappers, waaronder onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en van Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en de Universiteit van Rostock, bouwde voort op eerder onderzoek naar de omstandigheden en materialen in de waargenomen ijsreuzen als diamantregens gevormd.
Nieuw onderzoek voorspelt dat diamanten op Neptunus en Uranus kunnen uitgroeien tot grote afmetingen, mogelijk tot miljoenen karaat.
IJsreuzen hebben geen vast oppervlak, maar worden dichter naar de kern toe, wat betekent dat diamanten in de loop van duizenden jaren in ijslagen kunnen wegzakken. Ze zullen zich gaan ophopen rond de vaste kern van de planeten en een dikke laag diamant vormen.
(Opent in een nieuw tabblad)
Bovendien ontdekte het team dat er samen met de diamant een nieuwe fase van water werd gevormd, superionisch water genaamd, soms ook wel “heet zwart ijs” genoemd.
Supergeïoniseerd water bestaat bij hoge temperaturen en drukken waarin watermoleculen dissociëren met zuurstofcomponenten om een kristalrooster te vormen waar waterstofkernen vrij doorheen drijven.
Waterstofkernen zijn positief geladen, wat betekent dat superionisch water een elektrische stroom kan geleiden die magnetische velden kan creëren. Dit zou de ongebruikelijke magnetische velden rond Uranus en Neptunus kunnen verklaren.
“Ons experiment laat zien hoe deze elementen de omstandigheden kunnen veranderen waarin diamanten zich vormen op ijsreuzen,” SLAC-wetenschapper en teamlid, Silvia Pandolfi, Dat zei hij in een verklaring. (Opent in een nieuw tabblad) “Als we planeten nauwkeurig willen modelleren, moeten we zo dicht mogelijk bij de werkelijke samenstelling van de binnenplaneten komen.”
Een complexer beeld van diamantvorming
Siegfried Glenzer, directeur van SLAC’s High Energy Density Division, legde uit dat de situatie binnen planeten zoals ijsreuzen gecompliceerd is omdat er veel chemicaliën zijn waarmee rekening moet worden gehouden bij de vorming van diamanten.
“Het vorige artikel was de eerste keer dat we de vorming van diamanten uit mengsels rechtstreeks zagen,” zei Glenzer, “en sindsdien zijn er veel experimenten geweest met verschillende zuivere materialen. Wat we hier wilden weten, is wat soort effect hebben deze extra chemicaliën.”
Hoewel het team zijn experimenten begon met een plastic gemaakt van een mengsel van waterstof en koolstof, elementen die vaak worden aangetroffen in ijsreuzen, is de meest recente iteratie vervangen door PET-plastic.
PET is ons op aarde bekend vanwege het gebruik in verpakkingen, flessen en containers, en kan worden gebruikt om de omstandigheden in de ijsreuzen nauwkeuriger na te bootsen.
“PET heeft een goede balans tussen koolstof, waterstof en zuurstof om activiteit op ijzige planeten te simuleren”, zegt natuurkundige Dominic Krause van de Universiteit van Rostock en professor aan de Universiteit van Rostock.
Door schokgolven in PET te creëren met behulp van een krachtige optische laser – onderdeel van het Matter in Extreme (MEC) -instrument bij SLAC – kon het team onderzoeken wat er in het plastic aan de hand was met behulp van röntgenpulsen van de Linac Coherent Light Source (LCLS).
Hierdoor konden ze zien hoe de atomen in het PET zichzelf rangschikken in ruitvormige gebieden en de snelheid meten waarmee deze gebieden groeiden.
Naast het ontdekken van de ruitvormige gebieden die groeiden tot schalen van ongeveer enkele nanometers breed, ontdekten de wetenschappers ook dat de aanwezigheid van zuurstof in PET betekende dat de nanodiamant groeide bij lagere drukken en temperaturen dan eerder werd gezien.
“Het effect van de zuurstof was om de splitsing van koolstof en waterstof te versnellen en zo de vorming van nanodiamanten aan te moedigen,” zei Krause. “Dit betekent dat de koolstofatomen gemakkelijker kunnen combineren en diamanten kunnen vormen.”
Nanodiamanten: goede dingen komen in kleine verpakkingen
Het onderzoek zou kunnen wijzen op een nieuwe methode voor het vervaardigen van diamanten kleiner dan 1 micrometer, bekend als ‘nanodiamant’, die kan worden geproduceerd wanneer goedkope PET-plastics worden geraakt met een lasergestuurde schokdruk.
Benjamin Ofori-Okai, een wetenschapper bij SLAC en medewerker van het team, zei: “De manier waarop nanodiamanten momenteel worden gemaakt, is door een hoop koolstof of diamanten te nemen en ze op te blazen met explosieven. Dit creëert nanodiamanten van verschillende groottes en vormen en is moeilijk te Wat we in dit experiment zien, is een andere interactie van hetzelfde type. Het type staat onder hoge temperatuur en druk.’
Ofori-Okai voegde eraan toe dat laserproductie een schonere en gemakkelijker beheersbare methode zou kunnen bieden voor het produceren van nanodiamanten. “Als we manieren kunnen ontwerpen om sommige dingen aan de reactie te veranderen, kunnen we veranderen hoe snel ze zich vormen en dus hun grootte”, vervolgde hij.
Nanomaterialen hebben een schat aan potentiële toepassingen in de geneeskunde, waaronder medicijnafgifte, niet-invasieve chirurgie en medische sensoren, evenals op het groeiende gebied van kwantumtechnologie. Dat betekent dat de bevindingen van de wetenschappers grote implicaties kunnen hebben die misschien dichter bij huis zijn dan de ijsreuzen die op de loer liggen aan de rand van het zonnestelsel.
Wetenschappers die bij dit onderzoek betrokken zijn, zullen nu proberen experimenten uit te voeren met vloeibare monsters die chemicaliën bevatten zoals ethanol, water en ammoniak, enkele van de belangrijkste componenten van ijsreuzen, om een beter beeld te krijgen van wat er gebeurt onder de ijskoude atmosfeer van deze ijskoude werelden .
“Het feit dat we deze extreme omstandigheden kunnen nabootsen om te zien hoe deze processen op zeer snelle en zeer kleine schaal werken, is opwindend”, zei SLAC-wetenschapper en medewerker Nicholas Hartley. “Het toevoegen van zuurstof brengt ons dichter dan ooit bij het zien van het volledige beeld van deze planetaire processen, maar er is nog meer werk aan de winkel.
“Het is een stap op weg om de meest realistische mix te krijgen en te zien hoe deze materialen zich echt gedragen op andere planeten.”
Het onderzoek van het team is gepubliceerd in de nieuwste editie van het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang (Opent in een nieuw tabblad).
Volg ons op Twitter Tweet insluiten (Opent in een nieuw tabblad) of op Facebook (Opent in een nieuw tabblad).
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”