거대한 얼음 행성의 '다이아몬드 비'는 이전에 생각했던 것보다 더 흔할 수 있습니다

SLAC의 연구원들은 산소가 이러한 이국적인 강수량을 증가시켜 이곳 지구상에서 나노다이아몬드를 만드는 새로운 경로를 밝혀냈다는 사실을 발견했습니다.

알리 선더미어

새로운 연구에 따르면, 오랫동안 가정되어 온 거대 얼음 행성의 이국적인 유형의 강수인 '다이아몬드 비'가 이전에 생각했던 것보다 더 흔할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

이전 실험에서 연구자들은 얼음 거인 해왕성과 천왕성 내부 깊은 곳에서 발견되는 극한의 온도와 압력을 모방했으며 처음으로 다이아몬드 비가 형성되는 것을 관찰했습니다.

해왕성과 천왕성의 화학적 구성과 더욱 유사한 새로운 물질에서 이 과정을 조사한 에너지부 산하 SLAC 국립 가속기 연구소의 과학자들과 동료들은 산소가 있으면 다이아몬드 형성 가능성이 높아져 다이아몬드가 형성되고 성장할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 더 넓은 범위의 조건과 더 많은 행성에서.

새로운 연구는 다이아몬드 비가 다른 행성에서 어떻게 형성되는지에 대한 보다 완전한 그림을 제공하며 여기 지구에서는 약물 전달, 의료 센서, 비침습적 수술, 지속 가능한 제조 및 양자 전자.

SLAC의 고에너지 밀도 사업부 이사인 Siegfried Glenzer는 “이전 논문은 어떤 혼합물에서든 다이아몬드 형성을 직접적으로 본 최초의 논문이었습니다.”라고 말했습니다. "그 이후로 다양한 순수 물질을 사용하여 꽤 많은 실험이 있었습니다. 하지만 행성 내부에는 훨씬 더 복잡합니다. 혼합물에 훨씬 더 많은 화학 물질이 있습니다. 그래서 우리가 여기서 알아내고 싶었던 것은 어떤 종류의 물질인지였습니다. 이러한 추가 화학물질이 미치는 영향."

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)와 독일 Rostock 대학, 프랑스의 École Polytechnique가 SLAC와 협력하여 이끄는 팀은 오늘 Science Advances에 결과를 발표했습니다.

이전 실험에서 연구자들은 해왕성과 천왕성의 전체 화학적 조성의 핵심 구성 요소인 수소와 탄소의 혼합물로 만든 플라스틱 재료를 연구했습니다. 그러나 거대 얼음에는 탄소와 수소 외에도 다량의 산소와 같은 다른 원소도 포함되어 있습니다.

최근 실험에서 연구원들은 식품 포장, 플라스틱 병 및 용기에 자주 사용되는 PET 플라스틱을 사용하여 이러한 행성의 구성을 보다 정확하게 재현했습니다.

HZDR의 물리학자이자 Rostock 대학의 교수인 Dominik Kraus는 "PET는 얼음 행성의 활동을 시뮬레이션하기 위해 탄소, 수소 및 산소 사이의 균형이 잘 맞습니다."라고 말했습니다.

연구원들은 SLAC의 Linac Coherent Light Source(LCLS)에 있는 극한 조건의 물질(MEC) 장비에서 고출력 광학 레이저를 사용하여 PET에 충격파를 생성했습니다. 그런 다음 LCLS의 X선 펄스를 사용하여 플라스틱에서 어떤 일이 발생했는지 조사했습니다.

X선 회절이라는 방법을 사용하여 그들은 물질의 원자가 작은 다이아몬드 영역으로 재배열되는 것을 관찰했습니다. 그들은 동시에 첫 번째 논문에서는 사용되지 않았던 소각 산란이라는 또 다른 방법을 사용하여 해당 영역이 얼마나 빠르고 크게 성장했는지 측정했습니다. 이 추가 방법을 사용하여 그들은 이러한 다이아몬드 영역이 수 나노미터 너비까지 성장했다는 것을 확인할 수 있었습니다. 그들은 물질에 산소가 존재하면 나노다이아몬드가 이전에 관찰된 것보다 더 낮은 압력과 온도에서 성장할 수 있다는 것을 발견했습니다.

“산소의 효과는 탄소와 수소의 분리를 가속화하여 나노다이아몬드의 형성을 촉진하는 것이었습니다.”라고 Kraus는 말했습니다. "그것은 탄소 원자가 더 쉽게 결합하여 다이아몬드를 형성할 수 있다는 것을 의미했습니다."

연구자들은 해왕성과 천왕성의 다이아몬드가 이 실험에서 생산된 나노 다이아몬드보다 훨씬 더 커질 것이라고 예측합니다. 아마도 무게는 수백만 캐럿일 것입니다. 수천년에 걸쳐 다이아몬드는 행성의 얼음층을 통해 천천히 가라앉아 단단한 행성 핵 주위에 두꺼운 블링 층으로 모일 수 있습니다.