تایید نظریه بارش الماس در سیاره‌های غول پیکر منظومه شمسی!

محققانی از آلمان وفرانسه توانسته اند نظریه قبلی خود را تأیید کنند که واقعاً از آسمان سیاره های غول پیکر یخی در حاشیه منظومه شمسی الماس می بارد.

به گزارش تک ناک، این تیم بین المللی به سرپرستی هلم هولتز زنتروم از دانشگاه درسدن روزندورف (HZDR)، دانشگاه روستوک و دانشکده پلی تکنیک فرانسه یک لیزر بر روی  یک لایه نازک پلاستیک از جنس  PET ساده شلیک کردند و با استفاده از فلاش های لیزری پر توان  آنچه اتفاق افتاد را بررسی کردند.

یکی از نتایج این بود که محققان توانستند نظریه قبلی خود را تأیید کنند که واقعاً از سیاره های غول پیکر یخی آسمان در حاشیه منظومه شمسی الماس می بارد و دیگری این بود که این روش می‌تواند راه جدیدی برای تولید نانوالماس باشد که در حسگرهای  کوانتومی بسیار حساس مورد نیاز است. این گروه یافته های خود را در مجله Science Advances ارائه کرده اند.

اوضاع  درون سیارات غول پیکر یخی مانند نپتون و اورانوس بسیار شدید است: دما به چندین هزار درجه سانتیگراد می رسد و فشاراتمسفر میلیون ها برابر بیشتر از جو زمین است. این شرایط را می‌توان به طور خلاصه در آزمایشگاه شبیه‌سازی کرد.

فلاش‌های لیزری قدرتمند به نمونه‌ای از مواد فیلم مانند برخورد می‌کند، در یک چشم به هم زدن آن را تا دمای 6هزار درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند و موج ضربه‌ای ایجاد می‌کند که مواد را تا یک میلیون برابر فشار اتمسفر در  چند نانوثانیه فشرده می‌کند.

دومینیک کراوس، فیزیکدان در HZDR و استاد دانشگاه روستوک، توضیح می‌دهد: «تاکنون از فیلم‌های هیدروکربنی برای این نوع آزمایش‌ها استفاده می‌کردیم. ما کشف کردیم که این فشار شدید الماس‌های ریز تولید می‌کند که به نام نانوالماس شناخته می‌شوند.»

با این حال، با استفاده از این فیلم‌ها، فقط تا حدی می‌توان فضای داخلی سیارات را شبیه‌سازی کرد . اتمسفر این غول‌های یخی نه تنها حاوی کربن و هیدروژن است ، بلکه مقادیر زیادی اکسیژن نیزدر جو این غول های یخی وجود دارد. هنگام انتخاب ماده مناسب فیلم های استفاده شده در این آزمایش ، گروه به یک ماده روزمره برخورد کردند PET، رزینی که از آن بطری های پلاستیکی معمولی ساخته می شود.

کراوس توضیح می دهد: ” در PET تعادل خوبی بین کربن، هیدروژن و اکسیژن برای شبیه سازی فعالیت در سیارات یخی وجود دارد .” این تیم آزمایش‌های خود را در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC در کالیفرنیا، محل منبع نور منسجم Linac (LCLS)، یک لیزر پرتو ایکس قدرتمند و در  شتاب‌دهنده انجام داد. آنها آنچه که در هنگام برخورد فلاش های لیزری شدید به به سطح  فیلم PET اتفاق می افتد تجزیه و تحلیل کردند این تیم از دو روش اندازه گیری همزمان استفاده کردند: پراش اشعه ایکس برای تعیین اینکه آیا نانوالماس تولید شده است یا خیر و پراش  با زاویه کوچک برای دیدن سرعت رشد و بزرگی الماس های تولید شده.

دومینیک کراوس در گزارشی از نتایج می‌گوید: « اکسیژن باعث  تسریع شکافت کربن و هیدروژن و در نتیجه تشویق تشکیل نانوالماس بود. این بدان معناست که  با وجود اکسیژن اتم‌های کربن می‌توانند راحت‌تر با هم ترکیب شوند و تشکیل  الماس دهند. این بیشتر از این فرض حمایت می کند که به معنای واقعی کلمه در داخل غول های یخی الماس می بارد. احتمالاً یافته‌ها نه تنها شامل  اورانوس و نپتون، بلکه سیارات بی‌شماری دیگر در کهکشان راه شیری نیز شامل  می‌شود. در حالی که قبلاً این غول های یخی به عنوان سیارات  کمیاب در نظر گرفته می شدند، اکنون واضح به نظر می رسد که این غول های یخی  احتمالاً رایج ترین شکل سیاره خارج از منظومه شمسی هستند.

این تیم همچنین با نکات دیگری روبرو شد، در ترکیب با الماس، آب باید تولید شود اما در نوع غیر معمول آب . کراوس معتقد است  ممکن است  آب به اصطلاح فوق یونی تشکیل شده باشد. اتم های اکسیژن یک شبکه کریستالی تشکیل می دهند که در آن هسته های هیدروژن آزادانه به اطراف حرکت می کنند.

از آنجا که هسته ها دارای بار الکتریکی هستند، آب فوق یونی می تواند جریان الکتریکی را هدایت کند و در نتیجه به ایجاد میدان مغناطیسی غول های یخی کمک کند. با این حال، گروه تحقیقاتی در آزمایشات خود هنوز نتوانستند وجود آب فوق یونی را در مخلوط با الماس به طور صریح اثبات کنند. این برنامه مطالعاتی قرار است با همکاری نزدیک با دانشگاه روستوک در XFEL اروپا در هامبورگ، قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان اتفاق بیفتد.

کارخانه دقیق برای نانوالماس

علاوه بر این دانش نسبتاً اساسی، آزمایش جدید چشم‌اندازهایی را برای یک کاربرد فنی نیز باز می‌کند. تولید سفارشی الماس‌هایی به اندازه نانومتر، که در حال حاضر در ساینده‌ها و مواد پولیش گنجانده شده‌اند. در آینده قرار است از آنها به عنوان حسگرهای کوانتومی بسیار حساس، عوامل کنتراست پزشکی و شتاب‌دهنده‌های موثر برای  واکنش برای جداسازی مثلا دی اکسید کربن  استفاده شود. کراوس توضیح می‌دهد: «تاکنون الماس‌هایی از این نوع عمدتاً از طریق انفجار مواد منفجره تولید شده‌اند. با کمک فلاش های لیزری، می توان آنها را در آینده بسیار تمیزتر ساخت.