کشف شگفت انگیز در دوردست: بارش الماس از آسمان!

به گزارش سیتنا، گروهی از محققان، به بررسی موادی مشابه با آنچه در سیاره‌های بزرگ یخی در منظومه شمسی از جمله نپتون و اورانوس یافت می‌شود پرداخته و کشف کردند که حضور اکسیژن احتمال تشکیل الماس را افزایش می‌دهد و الماس‌ها ممکن است در دما و فشار پائین تشکیل و ساخته شوند.

این بدان معناست که الماس‌ها می‌توانند در طیف وسیعی از شرایط در سراسر این مکان‌های سرد، رشد کنند و در نتیجه این شانس وقوع بارش باران‌های الماسی در فضای داخلی این سیارات غول‌پیکر یخی را افزایش می‌دهد. در همین آزمایش‌ها شکل‌گیری شکل عجیبی از آب نیز کشف شد که ممکن است به توضیح میدان‌های مغناطیسی در سیاره‌های اورانوس و نپتون که تابه امروز ستاره‌شناسان را گیج کرده بود، کمک زیادی کند.

این تحقیق ممکن است تصویر ما از غول‌های یخی را تغییر دهد. غول‌های یخی نظریه‌ای است که توسط برخی دانشمندان به‌عنوان یکی از رایج‌ترین شکل‌های سیارات فراخورشیدی درباره سیاره‌های خارج از منظومه شمسی ارائه شده است.

تیمی از دانشمندان، شامل محققانی از دپارتمان انرژی در لابراتوار ملی شتاب دهنده SLAC آمریکا همراه با هلمولتز زنتروس درسدن روسندورف (HZDR) و دانشگاه روستوک، به پژوهش‌های قبلی در زمینه شرایط و مواد تشکیل‌دهنده غول‌های یخ که در زمان شکل‌گیری در معرض باران الماس بوده‌اند، ادامه دادند.

در تحقیقات جدید پیش‌بینی شده که الماس‌های روی نپتون و اورانوس می‌توانند رشد کرده و به اندازه‌های بزرگی حتی تا وزن میلیون‌ها قیراط برسند. اگرچه غول‌های یخی سطح جامدی ندارند ولی هرچه به سمت هسته آنها حرکت کنید، متراکم‌تر می‌شوند و این بدان معناست که در طول هزاران سال، الماس‌ها ممکن است در لایه‌های یخی فرو بروند و شروع به تجمع در اطراف قلب جامد سیارات کرده و یک لایه الماس ضخیم را شکل بدهند.

به علاوه، محققان دریافتند که فاز جدیدی از آب که آب فوق یونی نامیده می‌شود و گاهی وقت‌ها از آن تحت‌عنوان " یخ سیاه داغ" یاد می‌شود، در کنار الماس‌ها تشکیل شده است. این آب فوق یونی در دماها و فشارهای بالا وجود دارد؛ در شرایطی که مولکول‌های آب به اجزایی متشکل از اکسیژن شکسته شده و یک شبکه کریستالی را تشکیل می‌دهند که در آن هسته‌های هیدروژن آزادانه شناور هستند.

هسته‌های هیدروژن بار مثبت دارند؛ بدین معنا که آب فوق‌یونی می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کرده و باعث ایجاد میدان‌های مغناطیسی شود. همین موضوع دلیل وجود میدان‌های مغناطیسی غیرعادی در اطراف سیاره‌های اورانوس و نپتون را توجیه می‌کند.

سیلویا پاندولفی، دانشمند SLAC و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی در این رابطه گفته:« تجربه نشان می‌دهد که چطور این عناصر می‌توانند شرایط را تغییر دهند، به نحوی که الماس‌ها برروی غول‌های یخی شکل بگیرند. اگر می‌خواهیم دقیقا سیاره‌ها را مدل‌سازی کنیم، باید تا جایی که می‌توانیم به ترکیب فعلی درون سیاره نزدیک شویم .»

تصویر پیچیده‌تری از شکل‌گیری الماس‌ها

سیگفرید گلنزر، مدیر بخش چگالی انرژی بالا در SLAC توضیح داده که شرایط داخل سیاره‌هایی مثل غول‌های یخی، پیچیده است؛ چرا که فاکتورهای شیمیایی زیادی در شکل‌گیری الماس‌ها دخیل هستند. او در این رابطه گفته:«در مقالات قبلی، ما برای اولین بار بود که مستقیما تشکیل الماس را از هر ترکیباتی دیدیم. از آن زمان به بعد آزمایش‌های خیلی زیادی با مواد خالص مختلف انجام شده و آنچه ما در این مرحله می‌خواستیم که دریابیم، این بود که این نوع مواد شیمیایی اضافه، چه نوع اثری دارند.»

این تیم آزمایش‌هایش را با بهره‌گیری از یک ماده پلاستیکی متشکل از ترکیبی از هیدروژن و کربن (عناصری که معمولاً در غول‌های یخی یافت می‌شوند) آغاز کرد و در آخرین بررسی‌ها، پلاستیک PET (پلی اتیلن ترفتالات) را جایگزین این ماده پلاستیکی کردند.

پلاستیک پت که در کره زمین در موارد مختلفی از جمله بسته‌بندی، ساخت بطری‌های نوشیدنی و ظروف استفاده می‌شود، می‌تواند دقیقا شرایط یافت شده در مورد غول‌های یخی را همانندسازی کند.

دومینیک کراوس، فیزیکدان HZDR و استاد دانگشاه روستوک دراین باره گفته:« در پلاستیک پت، تعادل خوبی بین کربن، هیدروژن و اکسیژن برقرار است تا بدین ترتیب بتوان فعالیت‌ها در سیاره‌های یخی را شبیه‌سازی کرد.»

تیم تحقیقاتی توانستند تا با ایجاد امواج شوک در پلاستیک پت با بهره‌گیری از لیزرهای نوری پرقدرت، این آزمایش را انجام دهند و ببیند که با استفاده از پالس‌های اشعه ایکس از منابع نوری منسجم Linac (LCLS) درداخل پلاستیک چه اتفاقاتی رخ می‌دهد. این کار به آنها اجازه داد تا شاهد اتم‌های درون پت باشند که خود را در مناطقی به شکل الماس مرتب‌سازی می‌کنند و سرعت رشد آنها در این نواحی را مورد اندازه‌گیری قرار دادند.

دانشمندان علاوه بر کشف مناطقی به شکل الماس که در ابعادی به اندازه چند نانومتر رشد کردند، دریافتند که حضور اکسیژن در پلاستیک پت، بدین معناست که نانو الماس‌ها در فشار و دمای کمتر، بیشتر از آنچه تا پیش از این دیده بودند، رشد می‌کنند.

کراوس ادامه داد:« تاثیر اکسیژن در این ماجرا این بود که باعث سرعت بخشیدن به شکافت کربن و هیدروژن شده و در نتیجه تشکیل نانو الماس‌ها را تقویت می‌کند. بدین معنا که اتم‌های کربن راحت‌تر با هم ترکیب شده و الماس را تشکیل می‌دهند.»

نانو الماس‌ها: چیزهای خوب، در ابعاد کوچک ارائه می‌شوند

این بررسی به صورت بالقوه مسیر را در راستای شیوه‌ای جدید برای ساخت الماس‌هایی با ابعاد کمتر از یک میکرومتر که تحت عنوان نانو الماس شناخته می‌شوند، نشان می‌دهد. بدین ترتیب که با برخورد پلاستیک پت با شوک ناشی از فشرده‌سازی لیزری، می‌توان این نانو الماس‌ها را تولید کرد.

بنجامین اوفوری اوکای، دانشمند SLAC و یکی از همکاران این پروژه در این رابطه گفت:« نحوه ایجاد این نانو الماس‌ها با بهره‌گیری از دسته‌ای کربن یا الماس و منفجر کردن آنها با مواد منفجره است. این باعث تولید نانو الماس‌ها در سایزها و شکل‌های مختلف می‌شود که کنترل آن سخت است. آنچه ما در این آزمایش شاهدش هستیم، واکنش متفاوتی از همان گونه قراردادن این مواد در دما و فشار بالاست.»

او در ادامه به این نکته اشاره کرد که تولید لیزر می‌تواند روش کنترل شده‌تر و مرتب‌تری برای تولید نانو الماس‌ها باشد:« اگر ما راههایی برای تغییر دادن برخی چیزها در واکنش‌پذیری طراحی کنیم، می‌توانیم سرعت شکل‌گیری آنها و در نتیجه بزرگتر شدنشان را تغییر دهیم.»

نانو الماس‌ها کاربردهای فراوانی در علم پزشکی دارند که به عنوان مثال در دارورسانی، جراحی‌های غیر تهاجمی و ساخت حسگرهای پزشکی و حتی شاخه فناوری کوانتومی که شاخه‌ای درحال رشد است، به کار می‌روند.

محققان حالا در تلاشند تا آزمایش‌هایی را با بهره‌گیری از نمونه‌های مایع حاوی مواد شیمیایی از جمله اتانول، آب و آمونیاک (برخی از مواد اصلی تشکیل دهنده غول‌های یخی) انجام دهند تا بتوانند تصویر بهتری از آنچه زیر اتمسفر یخ زده این سیاره‌های سرد در حال وقوع است، به دست بیاورند.

نیکلاس هارتلی، یکی از محققان SLAC در این رابطه گفته:«این واقعیت که ما می‌توانیم این شرایط حداکثری را بازسازی کنیم تا ببینیم که چطور این فرایندها در زمان‌های بسیار کوتاه رخ می‌دهند، واقعا هیجان‌انگیز است. اضافه کردن اکسیژن به این آزمایش، ما را از آنچه فکر می‌کردیم، به دیدن تصویر کاملی از فرآیند این سیاره‌ها نزدیک‌تر کرده ولی هنوز کارهای بیشتری در جریان انجام است. این یک گام در مسیر رسیدن به واقع‌بینانه‌ترین ترکیب است تا ببینیم که این مواد در دیگر سیارات چطور رفتار می‌کنند.»

نتایج تحقیقات این گروه، در آخرین نسخه از مجله Science Advances منتشر شده است.

انتهای پیام