Vědci odhalují nové poznatky o diamantovém dešti na ledových planetách

Mezinárodní tým výzkumníků vedený Mungo Frostem z výzkumného centra SLAC v Kalifornii získal nové poznatky o vzniku diamantového deště na ledových planetách, jako je Neptun a Uran, a to pomocí rentgenového laseru European XFEL v Schenefeldu. Výsledky také poskytují vodítka ke vzniku komplexních magnetických polí těchto planet.

Při dřívější práci na rentgenových laserech vědci zjistili, že diamanty by se měly tvořit ze sloučenin uhlíku uvnitř velkých plynných planet v důsledku vysokého tlaku, který tam převládá. Ty by pak klesaly z vyšších vrstev dále do nitra planet jako déšť drahých kamenů.

Nový experiment na evropském XFEL nyní ukázal, že tvorba diamantů z uhlíkových sloučenin začíná již při nižších tlacích a teplotách, než se dosud předpokládalo. Pro plynné planety to znamená, že diamantový déšť se již tvoří v nižší hloubce, než si vědci mysleli, a mohl by tak mít silnější vliv na tvorbu magnetických polí.

Kromě toho by byl diamantový déšť možný i na plynných planetách, které jsou menší než Neptun a Uran a nazývají se „mini-Neptuny“. Takové planety v naší Sluneční soustavě neexistují, ale vyskytují se jako exoplanety mimo ni.

Výsledky byly publikovány v časopise Nature Astronomy.

Na připojeném grafu je stavový diagram uhlovodíků při vysokém tlaku a teplotě. Diagram ukazuje různé podmínky, o kterých bylo zjištěno, že jsou nutné pro tvorbu diamantů, stejně jako vybrané fázové přechody (plné čáry) a nitra planet (přerušované). Studie využívající statickou kompresi (oranžová a červená oblast) umožňují tvorbu diamantů při nižším tlaku a teplotě než šokové experimenty (modrá oblast), které jej pozorují pouze za podmínek odpovídajících těm, kde je vodík kovový. Zde prezentované výsledky potvrzují, že k tvorbě diamantů může docházet za podmínek nalezených v mělkém nitru Uranu a Neptunu, včetně nižších odhadů teplotních podmínek.

Na své cestě z vnějších do vnitřních vrstev planet může diamantový déšť strhávat plyn a led, což způsobuje proudy vodivého ledu. Proudy vodivých tekutin působí jako jakési dynamo, jehož prostřednictvím se tvoří magnetická pole planet.

„Diamantový déšť má pravděpodobně vliv na tvorbu komplexních magnetických polí Uranu a Neptunu,“ řekl Mungo Frost.

Skupina použila jako zdroj uhlíku plastovou fólii vyrobenou z uhlovodíkové sloučeniny polystyrenu. Pod velmi vysokým tlakem se z fólie tvoří diamanty – proces, který probíhá stejným způsobem jako v nitru planet a který lze na evropském XFEL zopakovat.

Vědci vytvořili vysoký tlak a teplotu více než 2 200 stupňů Celsia, které panují uvnitř ledových plynných obrů, pomocí diamantových razítek a laserů. Razítkovací buňky fungují jako mini svěrák, ve kterém je vzorek vmáčknut mezi dva diamanty. Pomocí evropských rentgenových pulsů XFEL lze přesně sledovat čas, podmínky a posloupnost tvorby diamantů v razicí buňce.

Mezinárodní výzkumný tým zahrnuje také vědce z evropského XFEL, německých výzkumných center DESY v Hamburku a Helmholtz Center Dresden-Rossendorf, jakož i dalších výzkumných institucí a univerzit z různých zemí. Na tuto práci významně přispělo evropské uživatelské konsorcium XFEL HIBEF zahrnující výzkumná centra HZDR a DESY.

„Díky této mezinárodní spolupráci jsme na evropském XFEL dosáhli velkého pokroku a získali pozoruhodné nové poznatky o ledových planetách,“ říká Mungo Frost.

Zdroj: https://phys.org/news/2024-01-reveal-diamond-ice-planets.html a https://scitechdaily.com/diamond-rain-on-icy-planets-unlocking-magnetic-field-mysteries/

autor: František Martinek