La “pioggia di diamanti” sui pianeti ghiacciati giganti potrebbe essere più comune di quanto si pensasse in precedenza

I ricercatori dello SLAC hanno scoperto che l’ossigeno aumenta queste precipitazioni esotiche, rivelando un nuovo percorso per produrre nanodiamanti qui sulla Terra.

Di Ali Sundermier

Un nuovo studio ha scoperto che la “pioggia di diamanti”, un tipo esotico di precipitazione a lungo ipotizzato sui pianeti giganti ghiacciati, potrebbe essere più comune di quanto si pensasse in precedenza.

In un precedente esperimento, i ricercatori hanno imitato le temperature e le pressioni estreme riscontrate nelle profondità dei giganti ghiacciati Nettuno e Urano e, per la prima volta, hanno osservato la pioggia di diamanti mentre si formava.

Indagando su questo processo in un nuovo materiale che ricorda più da vicino la composizione chimica di Nettuno e Urano, gli scienziati dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento di Energia e i loro colleghi hanno scoperto che la presenza di ossigeno rende più probabile la formazione di diamanti, consentendo loro di formarsi e crescere. in una gamma più ampia di condizioni e su più pianeti.

Il nuovo studio fornisce un quadro più completo di come si forma la pioggia di diamanti su altri pianeti e, qui sulla Terra, potrebbe portare a un nuovo modo di fabbricare nanodiamanti, che hanno una vasta gamma di applicazioni nella somministrazione di farmaci, sensori medici, chirurgia non invasiva, produzione sostenibile ed elettronica quantistica.

"L'articolo precedente è stato il primo in cui abbiamo osservato direttamente la formazione di diamanti da qualsiasi miscela", ha affermato Siegfried Glenzer, direttore della divisione High Energy Density presso SLAC. "Da allora, ci sono stati molti esperimenti con diversi materiali puri. Ma all'interno dei pianeti, è molto più complicato; ci sono molte più sostanze chimiche nel mix. E quindi, quello che volevamo capire qui era che tipo di effetto che hanno queste sostanze chimiche aggiuntive."

Il team, guidato dall'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e dall'Università di Rostock in Germania, nonché dall'École Polytechnique francese in collaborazione con SLAC, ha pubblicato oggi i risultati su Science Advances.

Nell'esperimento precedente, i ricercatori hanno studiato un materiale plastico costituito da una miscela di idrogeno e carbonio, componenti chiave della composizione chimica complessiva di Nettuno e Urano. Ma oltre al carbonio e all’idrogeno, i giganti di ghiaccio contengono altri elementi, come grandi quantità di ossigeno.

Nell’esperimento più recente, i ricercatori hanno utilizzato la plastica PET – spesso utilizzata negli imballaggi alimentari, nelle bottiglie e nei contenitori di plastica – per riprodurre la composizione di questi pianeti in modo più accurato.

"Il PET ha un buon equilibrio tra carbonio, idrogeno e ossigeno per simulare l'attività dei pianeti ghiacciati", ha affermato Dominik Kraus, fisico dell'HZDR e professore all'Università di Rostock.

I ricercatori hanno utilizzato un laser ottico ad alta potenza presso lo strumento Matter in Extreme conditions (MEC) presso la Linac Coherent Light Source (LCLS) di SLAC per creare onde d’urto nel PET. Quindi, hanno sondato cosa è successo nella plastica con impulsi di raggi X provenienti da LCLS.

Usando un metodo chiamato diffrazione dei raggi X, hanno osservato come gli atomi del materiale si riorganizzavano in piccole regioni di diamante. Contemporaneamente hanno utilizzato un altro metodo chiamato scattering a piccolo angolo, che non era stato utilizzato nel primo articolo, per misurare la velocità e l’ampiezza della crescita di quelle regioni. Usando questo metodo aggiuntivo, sono stati in grado di determinare che queste regioni del diamante crescevano fino a raggiungere una larghezza di pochi nanometri. Hanno scoperto che, con la presenza di ossigeno nel materiale, i nanodiamanti erano in grado di crescere a pressioni e temperature inferiori rispetto a quelle precedentemente osservate.

"L'effetto dell'ossigeno è stato quello di accelerare la scissione del carbonio e dell'idrogeno e quindi incoraggiare la formazione di nanodiamanti", ha detto Kraus. "Significava che gli atomi di carbonio potevano combinarsi più facilmente e formare diamanti."

I ricercatori prevedono che i diamanti su Nettuno e Urano diventerebbero molto più grandi dei nanodiamanti prodotti in questi esperimenti – forse milioni di carati di peso. Nel corso di migliaia di anni, i diamanti potrebbero lentamente affondare attraverso gli strati di ghiaccio dei pianeti e assemblarsi in uno spesso strato di gioielli attorno al solido nucleo planetario.