Güneş sisteminin buz gibi devasa gezegenleri içindeki koşulları taklit eden bir deneyde bilim adamları, yüksek basınç koşullarında oluştuğu şekliyle ilk defa “elmas yağmurunu” gözlemleyebildi. Son derece yüksek basınç, bu gezegenlerin iç kısmında bulunan hidrojen ve karbonu sıkıştırarak katı elmaslar oluşturarak içeriye yavaş yavaş batar.
Parlayan yağışın, yaygın olarak bulunan hidrojen ve karbon karışımlarından yaratılan Uranüs ve Neptün yüzeyinin 5000 milden daha aşağıda ortaya çıktığı hipotezi var. Bu gezegenlerin iç mekanları birbirine benziyor.
Her ikisi de yoğun buzların bulunduğu farklı katı buzlarla çevrelenmiş katı çekirdekler içeriyor. Güneş sistemindeki buzlu gezegenlerle “buz” karbon, oksijen ve / veya azot gibi daha hafif elementlere bağlı hidrojen moleküllerini ifade eder.
Araştırmacılar, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarının X-ışını serbest elektron lazerinde Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) ‘daki Aşırı Koşullardaki Madde (MEC) cihazında yoğun bir optik lazerle plastikte şok dalgaları yaratarak bu gezegenlerin içinde bulunan ortamı taklit ettiler.
Deneyde, orijinal plastikteki neredeyse her karbon atomunun, birkaç nanometre genişliğe kadar küçük elmas yapılarına dahil edildiğini görüldü. Çalışma yazarları, Uranüs ve Neptün üzerindeki elmasların çok daha büyük hale geleceğini, belki de milyonlarca karat ağırlığında olacağını öngörüyor.
Araştırmacılar, binlerce yıldır elmasların yavaş yavaş gezegenlerin buz tabakalarına battığını ve çekirdek etrafında kalın bir tabaka halinde toplanmasının mümkün olduğunu düşünüyorlar. Araştırma, Nature Astronomy‘de 21 Ağustos’ta yayınlandı.
Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf isimli bilim adamı ve yayın konusunun baş yazarı Dominik Kraus, “Daha önce, araştırmacılar elmasların oluştuğunu varsayabiliyordu. Bu son deneyin sonuçlarını görmek, bilimsel hayatımın en güzel anlarından biriydi.”dedi.
Benzer şartlarda elmas yağmurunu yeniden yaratmaya çalışan daha önceki denemeler, minik elmasların laboratuarda çok kısa sürede oluştuğu şu aşırı koşulları yaratabilmek için, gerçek zamanlı ölçümleri yakalayamadı.
MEC‘teki yüksek enerjili optik lazerler, LCLS‘nin X-ışını darbeleri ile birleştirildi. Bu fasılalar yalnızca saniyeleriin katrilyonlarcada bir hızını yakaladı. Böylece bilim insanlarının kimyasal reaksiyonu doğrudan ölçmesine izin verdi.
Önceki deneylerin aksine karbon türevi grafit veya elmas bu deneyde yaratılanlardan daha düşük basınçlarda değişik sonuçlar ortaya koydu. Ancak diğer materyallerin dahil edildiği ve reaksiyonların değiştirilmesiyle ilgili ipuçları da kaydedildi.
Bu deneyde sunulan sonuçlar, karışımlardan elde edilen yüksek basınçlı elmas oluşumunun ilk belirsiz gözlemidir. Bu gözlemler böyle yağışların oluşabileceği koşullar hakkında teorik tahminlerde bulunulur ve bilim insanlarına diğer dünyaları tanımlamak ve sınıflandırmak için daha iyi bilgi sağlar.
Plastik Elmasa Dönüştürülüyor
Deneyde, plastik sadece bir karbon dört hidrojen atomuna bağlı olan ve Neptün‘ün mavi renkli dökümüne neden olan metan-a molekülünden oluşan bileşikleri taklit eder.
Ekip, bu gezegenlerin genel kimyasal yapısının ana bileşenleri olan hidrojen ve karbondan oluşan bir polistiren plastik malzemeyi inceledi.
Buzlu devasa gezegenlerin orta katmanlarında, metan daha derin tabakalardaki yüksek basınca ve sıcaklığa tepki vermek ve köpüklü çökeltiyi oluşturmak üzere uzun zamandır varsayımlanan hidrokarbon (hidrojen ve karbon) zincirleri oluşturur.
Araştırmacılar, sıcaklık ve basıncın doğru kombinasyonu ile plastikte şok dalgaları çiftleri oluşturmak için yüksek güçlü optik lazer kullandı. İlk şok, daha dar yavaş ve daha kuvvetli ikinci şok ile aşıldı. Şok dalgaları çakıştığı an, basıncın tepe noktaları ve elmasların çoğunun oluştuğu an oldu.
Bu anlarda ekip, LCLS‘den gelen ve sadece 50 femtosaniye süren X-ışınları nabızlarıyla reaksiyonu saptadı. Bu, femtosaniye X ışını kırınımı denilen bir teknikle saniyenin kesirlerinde oluşan küçük elmasları görmelerine izin verdi. X-ışını anlık görüntüleri, elmasların boyutu ve oluştuğu anda kimyasal reaksiyonun ayrıntıları hakkında bilgi verir.
SLAC‘daki foton bilim profesörü ve gazetenin yazarlarından Siegfried Glenzer, “Bu deney için dünyadaki en parlak X-ışını kaynağı olan LCLS‘ye sahibiz” dedi. “Bu elmasların yapısını net bir şekilde görmek için X-ışınlarının bu yoğun, hızlı palslarına ihtiyacınız var. Çünkü bunlar sadece laboratuvarda böyle kısa bir süre için oluşturuluyor” dedi.
İşyerinde Nanodiyapatlar
Gökbilimciler güneş sistemimizin dış gezegenlerini gözlemlediğinde, gezegenler bir yıldızın önünden geçerken gölgeden gözlemlenen yıldızların yalpalama yüzünden ölçülen kütle ve iki yarı temel özelliklerini ölçebilirler.
İkisi arasındaki ilişki, bir gezegeni sınıflandırmak ve daha ağır veya daha hafif unsurlardan oluşup oluşamayacağına karar vermek için kullanılır.
Kraus, “Gezegenlerle kütle ve yarıçap arasındaki ilişki, bilim insanlarına kimyayı biraz anlatabilir” dedi. “İçerideki kimya, gezegenin belirleyici özelliklerinden bazıları hakkında ek bilgi sağlayabilir.”
Öğeler, belirli bir gezegenin iç kısmında basınç altında bir araya getirilip bir araya toplanarak nasıl katıldığı hakkında yapılan araştırmalardan elde edilen bilgiler, bilim insanlarının kütle ve yarıçap arasındaki ilişkiyi hesaplama biçimini değiştirebilir ve bilim insanlarının bireysel gezegenleri daha iyi modelleyip sınıflandırmasına izin verir. Düşen “elmas yağmuru” çekirdeğe doğru batarken ısı üreten ek bir enerji kaynağı oluşturabilir.
Kraus, “Gezegenlerin içine girip onlara bakamayacağız, bu yüzden bu laboratuvar deneyleri uydu ve teleskop gözlemlerini tamamlıyor” dedi.
Araştırmacılar ayrıca, gezegenlerin iç mekanlarında meydana gelen diğer süreçlere bakmak için aynı yöntemleri uygulamayı planlıyorlar.
Gezegen bilimine verdikleri bilgiler ışığında, dünyada yapılan nanodiyumlar, tıbba, bilimsel ekipmanlara ve elektronik alanlara yayılmış olarak ticari amaçlarla hasat edilebilir. Günümüzde, nanodiamondlar ticari olarak patlayıcı maddelerden üretilmektedir. Lazer üretimi daha temiz ve daha kolay kontrollü bir yöntem sunabilir.
Bu çalışmada olduğu gibi maddeyi sıkıştıran araştırma da, bilim adamlarının hidrojen formlarının büyük miktarda enerji üretmek üzere helyum oluşturmak için birleştiği füzyon deneylerini anlamasına ve geliştirmesine yardımcı olur. Bu, güneşe ve diğer yıldızlara yakıt veren, ancak dünyadaki santraller için kontrollü bir şekilde gerçekleştirilen bir işlemdir.
Bazı füzyon denemelerinde, iki farklı hidrojenden oluşan bir yakıt, kısa ömürlü bir sıkıştırma aşamasında gezegenlerin içlerine benzer koşullara erişen bir plastik tabaka ile çevrilidir. Plastik üzerindeki LCLS deneyi şimdi kimyanın bu aşamada önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir.
Glenzer, “Simülasyonlar bu alanda gözlemlediğimizi gerçekten yakalayamıyor .Çalışmamız ve diğerleri, bu tür yüksek basınç koşullarında toplanan maddenin, dikkate alınması gereken bir kuvvet olduğuna dair kanıtlar sunuyor.” dedi.
