Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Mungo Frost van het SLAC Research Center in Californië heeft nieuwe inzichten verworven in de vorming van diamantregen op ijzige planeten zoals Neptunus en Uranus met behulp van de röntgenlaser Europe's XFEL in Schenfeld. De resultaten, nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Astronomy, geven ook aanwijzingen voor de vorming van de complexe magnetische velden van deze planeten.
In eerdere röntgenlaserstudies hebben wetenschappers ontdekt dat diamanten zouden moeten ontstaan uit koolstofverbindingen die voorkomen in grote gasplaneten vanwege de hoge druk die daarbinnen heerst. Deze koolstofverbindingen zinken vervolgens verder in het binnenste van de planeet en worden van bovenaf een regen van edelstenen.
Een nieuw experiment bij de Europese XFEL heeft nu aangetoond dat de begindruk en de temperatuur waarbij koolstofverbindingen diamanten vormen beide lager zijn dan aangenomen. Voor gasplaneten betekent dit dat diamantregen zich op lagere diepten vormt dan gedacht, en daarom mogelijk een grotere impact heeft op de vorming van magnetische velden. Bovendien kan diamantregen zich ook vormen op gasvormige planeten die kleiner zijn dan Neptunus en Uranus, die "kleine Neptunussen" worden genoemd. Zo’n planeet bestaat niet in het zonnestelsel, maar zulke exoplaneten bestaan wel buiten het zonnestelsel.
Terwijl diamantregen van de buitenste laag van de planeet naar de binnenste laag stroomt, zal het gas en ijs meenemen, waardoor geleidende ijsstromen ontstaan. De stroom in een geleidende vloeistof werkt als een generator waardoor het magnetische veld van de planeet wordt gevormd. "Diamantregen kan een impact hebben op de vorming van complexe magnetische velden op Uranus en Neptunus," zei Frost.
Het onderzoeksteam gebruikte plastic films gemaakt van het koolwaterstofpolystyreen als koolstofbron. Onder extreem hoge druk vormt zich diamant uit de film - hetzelfde proces dat plaatsvindt in planeten, en dat de Europese XFEL kan nabootsen. Onderzoekers gebruikten diamant-extrusie-eenheden en lasers om de hoge druk en temperatuur van meer dan 2200 graden Celsius te genereren die gebruikelijk is in ijsreuzenplaneten. De faciliteit functioneert als een kleine tang, waarbij het monster tussen twee diamanten wordt geperst. Met behulp van Europese XFEL-röntgenpulsen kunnen de timing, omstandigheden en volgorde van diamantvorming tijdens de squeeze nauwkeurig worden waargenomen.
Het internationale onderzoeksteam omvat ook wetenschappers van XFEL Europe, DESY Research Center Hamburg en het Helmholtz Center Dresden-Rosendorfer, evenals wetenschappers van andere onderzoeksinstellingen en universiteiten in verschillende landen. De Europese XFEL Users Alliance HIBEF (inclusief HZDR- en DESY-onderzoekscentra) heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan dit werk.
"Door deze internationale samenwerking hebben we enorme vooruitgang geboekt bij de Europese XFEL en nieuwe inzichten verworven in ijzige planeten", aldus Frost.
Samengestelde bron: ScitechDaily