W przypadku planet - olbrzymów poddane działaniu wysokiego ciśnienia związki węgla mogą zamienić się w diamenty w mniej ekstremalnych temperaturach niż dotychczas sądzili naukowcy. Dlatego diamentowe deszcze mogą padać nawet na jednej trzeciej dotychczas odkrytych planet pozasłonecznych.

W przeszłości eksperymenty laboratoryjne prowadziły do nieporozumień co do warunków, w jakich diamenty mogą tworzyć się wewnątrz lodowych olbrzymów, takich jak Uran i Neptun.

Istnieją dwa rodzaje eksperymentów badających to zjawisko: eksperymenty z kompresją dynamiczną, podczas których związki węgla poddawane są nagłemu szokowi, oraz eksperymenty ze kompresją statyczną, podczas których umieszcza się je w komorze i stopniowo ściska. Jak dotąd eksperymenty z kompresją dynamiczną wymagały znacznie wyższych temperatur i ciśnień, aby uformować diamenty.

Mungo Frost z National Accelerator Laboratory SLAC w Kalifornii i jego współpracownicy przeprowadzili nowy zestaw eksperymentów, wykorzystując kompresję statyczną, ale i ogrzewanie dynamiczne, ściskając polistyren – polimer używany do produkcji styropianu.

Polistyren ściskany był pomiędzy dwoma diamentami, a następnie naświetlany impulsami światła rentgenowskiego.

Diamenty zaczynały tworzyć się z polistyrenu w temperaturze około 2200 st. C i pod ciśnieniem około 19 gigapaskali, czyli w warunkach podobnych do panujących w płytkiej części wnętrza Urana i Neptuna.

Ciśnienia te są znacznie niższe niż ciśnienia, które uznano za niezbędne do formowania diamentu we wcześniejszych eksperymentach z zastosowaniem kompresji dynamicznej. Reakcja trwała dłużej niż zwykle przeprowadzane są eksperymenty z kompresją dynamiczną, co może wyjaśniać, dlaczego w takich eksperymentach nie wykryto powstawania diamentu pod niskim ciśnieniem. "Nie zgadzało się to z ustalonymi wynikami i nie było tym, czego się spodziewaliśmy, ale ładnie pasowało i w pewnym sensie łączyło wszystko w jedną całość" – wskazał Frost, współautor publikacji (DOI: 10.1038/s41550-023-02147-x). - "Okazuje się, że wszystko to miało miejsce w różnych ramach czasowych".

Może to oznaczać, że deszcz diamentów jest możliwy na mniejszych planetach, niż wcześniej sądzono. Według nowych obliczeń spośród około 5600 potwierdzonych egzoplanet na ponad 1900 mógłby wystąpić diamentowy deszcz.

Oznacza to również, że w Układzie Słonecznym diamenty mogą powstawać na płytszych głębokościach, niż sądziliśmy, co może zmienić nasze rozumienie dynamiki wnętrz planet - olbrzymów. Powstawanie na mniejszej głębokości może pozwolić diamentowemu deszczowi przedostać się przez warstwę lodu opadającą w kierunku centrów tych planet. To z kolei miałoby wpływ na skomplikowane i słabo poznane pola magnetyczne tych lodowych światów. (PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ zan/