Deszcze diamentów. Zdarzają się w całej galaktyce

Naukowcy od dawna spekulowali na temat możliwości występowania takich zjawisk na planetach-olbrzymach, gdzie wysokie ciśnienie może powodować przekształcenie związków węgla w diamenty. Jednakże, nowe badania sugerują, że proces ten może zachodzić w mniej ekstremalnych warunkach temperaturowych, niż wcześniej przypuszczano. To oznacza, że diamentowe deszcze mogą występować na znacznie większej liczbie planet pozasłonecznych, niż dotychczas sądziliśmy - być może nawet na jednej trzeciej wszystkich dotychczas odkrytych egzoplanet.

W przeszłości, badania laboratoryjne na temat warunków powstawania diamentów wewnątrz lodowych olbrzymów, takich jak Uran i Neptun, prowadziły do pewnych nieporozumień. Istnieją dwa główne rodzaje eksperymentów badających to zjawisko: eksperymenty z kompresją dynamiczną, podczas których związki węgla są poddawane nagłemu szokowi, oraz eksperymenty ze kompresją statyczną, podczas których związki węgla są umieszczane w komorze i stopniowo ściskane. Do tej pory, eksperymenty z kompresją dynamiczną wymagały znacznie wyższych temperatur i ciśnień, aby uformować diamenty.

Jednakże, Mungo Frost z National Accelerator Laboratory SLAC w Kalifornii i jego zespół przeprowadzili nowy zestaw eksperymentów, wykorzystując kompresję statyczną, ale jednocześnie stosując dynamiczne ogrzewanie. W eksperymencie tym, polistyren - polimer używany do produkcji styropianu - był ściskany pomiędzy dwoma diamentami, a następnie naświetlany impulsami światła rentgenowskiego.

W wyniku tych działań, diamenty zaczęły tworzyć się z polistyrenu w temperaturze około 2,2 tys. st. C i pod ciśnieniem około 19 gigapaskali. Są to warunki podobne do panujących w płytkiej części wnętrza Urana i Neptuna.

Co istotne, 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.

- Nasze odkrycia były zaskakujące i nie do końca zgadzały się z ustalonymi wynikami, ale ładnie pasowały i w pewnym sensie łączyły 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".

Te odkrycia mogą oznaczać, że deszcz diamentów jest możliwy na mniejszych planetach, niż wcześniej sądzono. Według nowych obliczeń, spośród około 5, 6 tys. potwierdzonych egzoplanet, na ponad 1,9 tys. mógłby wystąpić diamentowy deszcz.

To odkrycie ma również znaczenie dla naszego rozumienia dynamiki wnętrz planet-olbrzymów w naszym Układzie Słonecznym. Jeżeli diamenty mogą powstawać na płytszych głębokościach, niż sądziliśmy, to może to zmienić nasze rozumienie dynamiki wnętrz tych planet. Powstawanie diamentów 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.