Исследование: небо в алмазах — не такое уж редкое явление в Млечном Пути

SLAC
«Когда б вы знали из какого сора...». Ученые пришли к выводу: в нашей галактике, скорее всего, существует множество планет, где идут дожди из алмазов. Исследование также даст технологию создания искусственных алмазов на Земле даже из мусора.

Новое исследование показало, что «алмазный дождь», давно предсказываемый экзотический тип осадков на ледяных планетах-гигантах, может быть более распространенным явлением, чем считалось ранее. Научная статья вышла в Science Advances, о результатах исследования сообщили в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США.

Ученые создали химическую «модель», по составу максимально напоминающую Нептун и Уран. Обнаружилось, что присутствие кислорода делает образование алмазов очень вероятным, позволяя им формироваться и расти в более широком диапазоне условий и на большем количестве планет.

Новое исследование дает более полную картину того, как образуются алмазные дожди на других планетах. А здесь, на Земле, может привести к новому способу изготовления наноалмазов, которые имеют очень широкий спектр применений в доставке лекарств, медицинских датчиках, хирургии, экологичном производстве и квантовой электронике.

Исследователи применили ПЭТ-пластик, который часто используется в пищевой упаковке, пластиковых бутылках и контейнерах, чтобы более точно воспроизвести состав планет.

«ПЭТ имеет хороший баланс между углеродом, водородом и кислородом для имитации активности ледяных планет», — сказал физик Доминик Краус из Ростокского университета (США).

Затем ученые использовали мощный оптический лазер для создания в ПЭТ ударных волн. С помощью импульсов рентгеновского излучения они наблюдали, что потом произошло в пластике.

Используя рентгеновскую дифракцию, авторы эксперимента наблюдали, как атомы пластика перестраиваются в небольшие алмазные области. Исследователи смогли определить, что эти алмазные области выросли до нескольких нанометров в ширину. При наличии кислорода в материале наноалмазы могут расти при более низких давлениях и температурах, чем наблюдались ранее.

Фото: SLAC
С помощью прибора Matter in Extreme Conditions (MEC) в источнике когерентного света SLAC исследователи воссоздали экстремальные условия Нептуна и Урана, и наблюдали за образованием алмазного дождя

«Эффект кислорода заключался в ускорении расщепления углерода и водорода, это означает, что атомы углерода могли легче соединяться и образовывать алмазы», — сказал Краус.

Алмазы на Нептуне и Уране намного больше, чем наноалмазы, полученные в этих экспериментах, — возможно, весят миллионы карат. В течение тысячелетий алмазы, по всей вероятности, медленно погружаются в ледяные слои планет и собираются в толстый слой вокруг твердого планетарного ядра.

Команда также нашла доказательства того, что в сочетании с алмазами может образовываться суперионная вода. Эта недавно обнаруженная фаза воды, часто описываемая как «горячий черный лед», существует при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. В этих экстремальных условиях молекулы воды распадаются, а атомы кислорода образуют кристаллическую решетку, в которой свободно плавают ядра водорода. Поскольку эти свободно плавающие ядра электрически заряжены, суперионная вода может проводить электрический ток и может объяснить необычные магнитные поля на Уране и Нептуне.

Результаты могут повлиять на понимание далеких планет, поскольку ученые считают, что ледяные гиганты являются наиболее распространенным типом планет за пределами Солнечной системы.

Исследование также указывает путь для производства наноалмазов с помощью лазерного ударного сжатия дешевых ПЭТ-пластиков. В будущем они потенциально могут быть использованы для квантовых датчиков, медицинских контрастных веществ и ускорителей реакций для возобновляемых источников энергии.