La struttura interna dei pianeti esterni del sistema solare è ancora un mistero per gli astronomi. Nel caso di Giove, la sonda spaziale Juno della NASA aiuta a risolvere questo mistero. E nel laboratorio terrestre, i ricercatori hanno trovato indizi che ti permettono di guardare in profondità all'interno dei giganti di ghiaccio Nettuno e Urano. E si è scoperto che lì possono esserci piogge di diamanti.
Un team internazionale di ricercatori è stato in grado di dimostrare che i composti di idrocarburi si stanno dividendo all'interno dei giganteschi pianeti di ghiaccio: Nettuno e Urano. Questo trasforma il carbonio in una "pioggia di diamanti".
Gli scienziati del Centro Helmholtz di Dresda-Rossendorf (HZDR), in collaborazione con i loro colleghi tedeschi e americani, sono stati in grado di dimostrare che "piogge di diamanti" si formano all'interno dei giganti di ghiaccio del nostro sistema solare. Con l'aiuto di laser a raggi X ad altissima potenza e altre strutture presso lo Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) in California, hanno simulato la struttura interna dei giganti spaziali. Grazie a ciò, gli scienziati hanno potuto per la prima volta in tempo reale osservare la decomposizione degli idrocarburi e la trasformazione del carbonio in diamante.
Un nucleo solido, avvolto in densi strati di "ghiaccio": ecco come appare la struttura interna dei pianeti Nettuno e Urano. Tale ghiaccio spaziale è composto principalmente da idrocarburi, acqua e ammoniaca. E per molto tempo gli astrofisici sono stati portati a pensare che la pressione altissima, che qui prevale a una profondità di circa 10mila chilometri, porti alla decomposizione degli idrocarburi. In questo caso si formano diamanti, che si immergono ulteriormente nelle profondità dei pianeti.
"Fino ad ora, nessuno è stato in grado di osservare precipitazioni così brillanti in un esperimento diretto", afferma il dott. Dominik Kraus di HZDR. Ma è in questo che lui e il gruppo internazionale di ricercatori da lui guidato sono riusciti. "Nel corso della nostra ricerca, abbiamo inserito una forma speciale di plastica - polistirolo, che si basa su una miscela di carbonio e idrogeno, in condizioni simili a quelle esistenti all'interno di Nettuno e Urano".
Per ottenere l'effetto desiderato, hanno inviato due onde d'urto attraverso i campioni, eccitate da laser ottici estremamente potenti in combinazione con una sorgente di raggi X SLAC chiamata Linear Coherent Light Source (LCLS). Di conseguenza, la plastica è stata compressa sotto una pressione di circa 150 Gigapascal a una temperatura di circa 5.000 gradi Celsius. "La prima onda, più debole e più lenta, è stata superata dalla seconda, più potente", spiega Kraus. "Ed è proprio nel momento in cui entrambe le onde si intersecano che si forma la maggior parte dei diamanti".
Poiché questo dura solo una frazione di secondo, i ricercatori hanno utilizzato la defrazione dei raggi X ad alta velocità, che ha fornito loro un'istantanea della formazione del diamante e dei processi chimici. "Gli esperimenti mostrano che quasi tutti gli atomi di carbonio si combinano per formare strutture diamantate di dimensioni nanometriche", riassume lo scienziato di Dresda. Sulla base dei risultati, gli autori dello studio suggeriscono che i diamanti su Nettuno e Urano formano strutture significativamente più grandi e si depositano lentamente nel nucleo del pianeta per migliaia e milioni di anni.
"Dai dati sperimentali che abbiamo ricevuto, possiamo anche raccogliere informazioni che ci consentiranno di comprendere meglio la struttura degli esopianeti", afferma Kraus dei potenziali clienti. Per tali giganti spaziali al di fuori del sistema solare, i ricercatori possono misurare solo due parametri: la massa, che è determinata dalle oscillazioni di posizione della loro stella madre, e il raggio, che gli astronomi derivano dall'oscuramento che si verifica quando il pianeta transita davanti al disco stellare. La relazione tra i due valori consente di ottenere i dati iniziali sulla struttura chimica, ad esempio se il pianeta è composto da elementi leggeri o pesanti.
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"E i processi chimici all'interno dei pianeti ci dicono aspetti che ci consentono di trarre conclusioni sulle proprietà di base di questi corpi celesti", continua Kraus. “Grazie a questo, possiamo migliorare e migliorare i modelli planetari già esistenti nella scienza. Gli studi dimostrano che la modellazione non è ancora un metodo particolarmente accurato ".
Ma insieme alla conoscenza astrofisica, gli esperimenti possono anche avere un valore pratico. Ad esempio, i nanodiamanti formati durante gli esperimenti possono essere utilizzati per strumenti elettronici e nella tecnologia medica, così come materiali da taglio nella produzione industriale. Finora, i diamanti artificiali sono realizzati usando esplosioni. Ma realizzarli utilizzando la tecnologia laser renderà tale produzione più pulita e più controllata.
Gli scienziati hanno scritto dei risultati della ricerca in un articolo pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.
