Saulės sistemos išorinių planetų vidinė struktūra vis dar yra paslaptis astronomams. Jupiterio atveju šią paslaptį padeda išspręsti NASA kosminis zondas „Juno“. Antžeminėje laboratorijoje tyrėjai rado užuominų, leidžiančių pažvelgti giliai į ledo milžinų Neptūno ir Urano vidų. Paaiškėjo, kad ten gali būti deimantinių liūčių.
Tarptautinė tyrėjų komanda sugebėjo parodyti, kad angliavandenilių junginiai skyla milžiniškų ledo planetų - Neptūno ir Urano - viduje. Tai anglį paverčia „deimantiniu lietumi“.
Dresdeno-Rossendorfo (HZDR) Helmholtzo centro mokslininkai, bendradarbiaudami su savo kolegomis iš Vokietijos ir JAV, sugebėjo parodyti, kad mūsų saulės sistemos ledo milžinų viduje susidaro „deimantiniai lietūs“. Kalifornijoje esančioje Stanfordo nacionalinėje greitintuvų laboratorijoje (SLAC) naudojant itin didelės galios rentgeno lazerius ir kitus įrenginius, buvo imituojamos kosminių milžinų vidinės struktūros modeliai. Dėl to mokslininkai pirmą kartą realiuoju laiku galėjo stebėti angliavandenilių skaidymąsi ir anglies virsmą deimantu.
Tvirta šerdis, apvyniota tankiais „ledo“sluoksniais - taip atrodo vidinė Neptūno ir Urano planetų struktūra. Tokį kosminį ledą pirmiausia sudaro angliavandeniliai, vanduo ir amoniakas. Ir labai ilgą laiką astrofizikai buvo linkę manyti, kad itin didelis slėgis, vyraujantis čia maždaug 10 tūkstančių kilometrų gylyje, lemia angliavandenilių skaidymąsi. Tokiu atveju susidaro deimantai, kurie pasineria toliau į planetų gelmes.
„Iki šiol tiesioginio eksperimento metu niekam nepavyko stebėti tokių puikių kritulių“, - sako dr. Dominikas Krausas iš HZDR. Bet būtent tai jam ir jo vadovaujamai tarptautinei tyrėjų grupei pavyko. "Atlikdami tyrimus, mes įdėjome specialią plastiko formą - polistireną, kurio pagrindas yra anglies ir vandenilio mišinys, tokiomis sąlygomis, kokios yra Neptūno ir Urano viduje."
Norint pasiekti norimą efektą, jie per mėginius siuntė dvi smūgio bangas, kurias sužadino itin galingi optiniai lazeriai kartu su SLAC rentgeno spindulių šaltiniu, vadinamu linijiniu koherentiniu šviesos šaltiniu (LCLS). Dėl to plastikas buvo suspaustas, esant maždaug 150 gigapaskalių slėgiui, esant maždaug 5000 laipsnių Celsijaus temperatūrai. "Pirmąją, silpnesnę ir lėtesnę bangą aplenkė galingesnė antroji banga", - paaiškina Kraus. - Ir tuo metu, kai abi bangos susikerta, susiformuoja dauguma deimantų.
Kadangi tai trunka tik sekundės dalį, mokslininkai naudojo greitaeigį rentgeno spindulių lūžimą, kuris suteikė jiems deimantų susidarymo ir cheminių procesų vaizdą. „Eksperimentai rodo, kad beveik visi anglies atomai susijungia ir sudaro nanometro dydžio deimantines struktūras“, - apibendrina mokslininkas iš Drezdeno. Remdamiesi rezultatais, tyrimo autoriai teigia, kad Neptūno ir Urano deimantai sudaro žymiai didesnes struktūras ir lėtai nusėda planetos šerdyje per tūkstančius ir milijonus metų.
„Iš gautų eksperimentinių duomenų taip pat galime surinkti informaciją, kuri leis mums geriau suprasti egzoplanetų struktūrą“, - perspektyvas sako Krausas. Tokiems kosmoso gigantams, esantiems už Saulės sistemos ribų, tyrėjai gali išmatuoti tik du parametrus: masę, kuri nustatoma pagal jų pagrindinės žvaigždės padėties svyravimus, ir spindulį, kurį astronomai gauna iš pritemimo, atsirandančio, kai planeta praeina priešais žvaigždinį diską. Santykis tarp šių dviejų verčių leidžia gauti pradinius duomenis apie cheminę struktūrą, pavyzdžiui, ar planeta susideda iš lengvųjų, ar iš sunkiųjų elementų.
Reklaminis vaizdo įrašas:
"Ir cheminiai procesai planetose mums nurodo aspektus, kurie leidžia mums padaryti išvadas apie pagrindines šių dangaus kūnų savybes", - tęsia Kraus. „Dėl to galime tobulinti ir tobulinti jau egzistuojančius planetos modelius. Tyrimai rodo, kad modeliavimo dar negalima laikyti ypač tiksliu metodu “.
Tačiau kartu su astrofizinėmis žiniomis eksperimentai gali turėti ir praktinę vertę. Taigi, pavyzdžiui, eksperimentų metu susidarę nanodiamandžiai gali būti naudojami elektroniniams instrumentams ir medicinos technologijoms, taip pat pjaustant medžiagas pramoninėje gamyboje. Iki šiol dirbtiniai deimantai gaminami naudojant sprogimus. Bet padarius juos naudojant lazerines technologijas, tokia gamyba taps švaresnė ir labiau kontroliuojama.
Apie tyrimo rezultatus mokslininkai rašė žurnale „Nature Astronomy“paskelbtame straipsnyje.