«Алмазный дождь» на гигантских ледяных планетах может быть более распространенным, чем считалось ранее

Исследователи из SLAC обнаружили, что кислород усиливает это экзотическое осаждение, открывая новый путь производства наноалмазов здесь, на Земле.

Али Сандермиер

Новое исследование показало, что «алмазный дождь», экзотический тип осадков, который давно предполагался, на ледяных планетах-гигантах, может быть более распространенным, чем считалось ранее.

В более раннем эксперименте исследователи имитировали экстремальные температуры и давления, обнаруженные глубоко внутри ледяных гигантов Нептуна и Урана, и впервые наблюдали алмазный дождь во время его формирования.

Исследуя этот процесс в новом материале, который больше напоминает химический состав Нептуна и Урана, ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и их коллеги обнаружили, что присутствие кислорода повышает вероятность образования алмазов, позволяя им формироваться и расти. в более широком диапазоне условий и на большем количестве планет.

Новое исследование дает более полную картину того, как формируется алмазный дождь на других планетах, и здесь, на Земле, может привести к новому способу производства наноалмазов, которые имеют очень широкий спектр применений в доставке лекарств, медицинских датчиках, неинвазивной хирургии, устойчивое производство и квантовая электроника.

«В предыдущей статье мы впервые непосредственно увидели образование алмазов из любых смесей», — сказал Зигфрид Гленцер, директор отдела высокой плотности энергии в SLAC. «С тех пор было проведено довольно много экспериментов с разными чистыми материалами. Но внутри планет все гораздо сложнее, в смеси гораздо больше химических веществ. И вот, что мы хотели выяснить, что это за вид эффект, который оказывают эти дополнительные химические вещества».

Команда, возглавляемая Центром имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) и Ростокским университетом в Германии, а также французской Политехнической школой в сотрудничестве с SLAC, опубликовала результаты сегодня в журнале Science Advances.

В предыдущем эксперименте исследователи изучали пластиковый материал, изготовленный из смеси водорода и углерода, ключевых компонентов общего химического состава Нептуна и Урана. Но помимо углерода и водорода ледяные гиганты содержат и другие элементы, например, большое количество кислорода.

В более недавнем эксперименте исследователи использовали ПЭТ-пластик, который часто используется в упаковке пищевых продуктов, пластиковых бутылках и контейнерах, чтобы более точно воспроизвести состав этих планет.

«ПЭТ имеет хороший баланс между углеродом, водородом и кислородом, что позволяет моделировать активность ледяных планет», — сказал Доминик Краус, физик из HZDR и профессор Университета Ростока.

Исследователи использовали мощный оптический лазер в приборе Matter in Extreme Conditions (MEC) в источнике когерентного света Linac (LCLS) SLAC, чтобы создать ударные волны в ПЭТ. Затем они исследовали то, что произошло в пластике, с помощью рентгеновских импульсов от LCLS.

Используя метод, называемый дифракцией рентгеновских лучей, они наблюдали, как атомы материала перестраивались в небольшие алмазные области. Одновременно они использовали другой метод, называемый малоугловым рассеянием, который не использовался в первой статье, чтобы измерить, насколько быстро и велики эти области. Используя этот дополнительный метод, они смогли определить, что эти алмазные области выросли до нескольких нанометров в ширину. Они обнаружили, что при наличии кислорода в материале наноалмазы могут расти при более низких давлениях и температурах, чем наблюдалось ранее.

«Воздействие кислорода заключалось в ускорении расщепления углерода и водорода и, таким образом, стимулировании образования наноалмазов», — сказал Краус. «Это означало, что атомы углерода могли легче соединяться и образовывать алмазы».

Исследователи предсказывают, что алмазы на Нептуне и Уране станут намного крупнее наноалмазов, полученных в ходе этих экспериментов, – возможно, их вес составит миллионы каратов. За тысячи лет алмазы могут медленно проникнуть сквозь слои льда планет и собраться в толстый слой блесток вокруг твердого ядра планеты.