Международная группа исследователей под руководством Мунго Фроста из Исследовательского центра SLAC в Калифорнии получила новое представление об образовании алмазного дождя на ледяных планетах, таких как Нептун и Уран, с помощью рентгеновского лазера Europe's XFEL в Шенфельде. Результаты, опубликованные в научном журнале Nature Astronomy, также дают ключ к пониманию формирования сложных магнитных полей этих планет.
В более ранних исследованиях рентгеновского лазера ученые обнаружили, что алмазы должны образовываться из соединений углерода, обнаруженных на больших газовых планетах, из-за высокого давления, преобладающего внутри них. Эти углеродные соединения затем опускаются глубже в недра планеты, превращаясь в дождь из драгоценных камней сверху.
Новый эксперимент на европейском XFEL теперь показал, что начальное давление и температура, при которых соединения углерода образуют алмазы, ниже, чем предполагалось. Для газовых планет это означает, что алмазный дождь образуется на меньших глубинах, чем предполагалось, и поэтому может оказывать большее влияние на формирование магнитных полей. Кроме того, алмазный дождь может образовываться и на газообразных планетах размером меньше Нептуна и Урана, которые называются «маленькими Нептунами». В Солнечной системе такой планеты не существует, но такие экзопланеты существуют за пределами Солнечной системы.
Когда алмазный дождь течет из внешнего слоя планеты во внутренний, он увлекает за собой газ и лед, вызывая токопроводящие ледяные потоки. Ток в проводящей жидкости действует как генератор, посредством которого формируется магнитное поле планеты. «Алмазный дождь может оказать влияние на формирование сложных магнитных полей на Уране и Нептуне», — сказал Фрост.
Исследовательская группа использовала пластиковые пленки, изготовленные из углеводородного полистирола, в качестве источника углерода. Под чрезвычайно высоким давлением из пленки образуется алмаз – тот же процесс, который происходит внутри планет и который может имитировать европейский XFEL. Исследователи использовали установки для экструзии алмазов и лазеры для создания высокого давления и температуры более 2200 градусов по Цельсию, которые характерны для ледяных планет-гигантов. Устройство работает как маленькие плоскогубцы: образец зажимается между двумя алмазами. С помощью европейских рентгеновских импульсов XFEL можно точно наблюдать время, условия и последовательность образования алмазов в сжатом состоянии.
В международную исследовательскую группу также входят учёные из XFEL Europe, Исследовательского центра DESY в Гамбурге и Центра Гельмгольца Дрезден-Розендорфер, а также учёные из других исследовательских институтов и университетов разных стран. Европейский альянс пользователей XFEL HIBEF (включая исследовательские центры HZDR и DESY) внес значительный вклад в эту работу.
«Благодаря этому международному сотрудничеству мы добились огромного прогресса в европейском XFEL и получили новое представление о ледяных планетах», — сказал Фрост.
Источник составления: ScitechDaily.