Hợp tác cùng các đồng nghiệp người Đức và người Mỹ, các nhà nghiên cứu tại Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR, Đức) đã chứng minh được rằng có mưa kim cương hình thành bên trong các hành tinh băng khổng lồ của Hệ Mặt Trời.
Sử dụng thiết bị phóng laser tia X cực mạnh cùng những thiết bị khác ở Trung tâm gia tốc tuyến tính Stanford (SLAC), California (Mỹ), họ đã mô phỏng được những điều kiện bên trong của những hành tinh khổng lồ này. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học có thể quan sát trực tiếp sự phân tách của hydrocarbon và sự chuyển đổi carbon thành dạng kim cương.
Bên trong của những hành tinh như Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương có một lõi rắn nằm sâu dưới lớp băng dày. Lớp băng này bao gồm chủ yếu là hydarocarbon, nước và amonia. Trong một thời gian dài, các nhà vật lý thiên văn đã suy đoán rằng áp suất cực mạnh ở cách bề mặt 10.000 km có thể làm phân tách hydrocarbon và tạo điều kiện cho kim cương hình thành, kim cương này sau đó sẽ lại chìm sâu vào phía lõi của hành tinh.
"Cho tới nay, không ai từng quan sát được trực tiếp những cơn mưa lấp lánh này trong môi trường thí nghiệm," Tiến sĩ Dominik Kraus, người đúng đầu nhóm nghiên cứu của HZDR cho biết.
Đây thực sự là một đột phá mà Kraus cùng các đồng nghiệp của ông đã có được. "Trong thí nghiệm này, chúng tôi sử dụng một loại nhựa đặc biệt được gọi là polystyrene - có thành phần chính là carbon và hydro - đưa vào môi trường tương tự như ở bên trong của Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương," ông nói.
Họ đã thực hiện thí nghiệm này bằng cách cho hai sóng xung kích bắn phá các mẫu vật chất, qua việc sử dụng kết hợp dòng laser quang học cực mạnh và nguồn phát tia X của SLAC. Ở áp suất khoảng 150 gigapascal và nhiệt độ khoảng 5.000 độ C, nhựa bắt đầu biến đổi.
Kraus giải thích: "Sóng thứ nhất nhỏ và chậm hơn, bị sóng thứ hai đè lên và hầu hết kim cương hình thành ở thời điểm hai sóng chồng lên nhau."
Vì quá trình này chỉ diễn ra trong một phần của giây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết bị nhiễu xạ tia X cực nhanh để ghi hình được sự tạo thành kim cương và các quá trình hoá học trong đó. Dựa trên những kết quả này, các tác giả của nghiên cứu cho rằng kim cương ở Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương có cấu trúc lớn hơn và có xu hướng chòm sâu vào lõi của hành tinh trong thời gian kéo dài hàng nghìn năm.
"Các thí nghiệm của chúng tôi cũng cung cấp những cái nhìn tốt hơn vào cấu trúc của các ngoại hành tinh," Kraus dự đoán. "Nó cho phép chúng tôi phát triển các mô hình về hành tinh. Như nghiên cứu của chúng tôi đã cho thấy, những mô phỏng trước đây chưa thực sự chính xác."
Ngoài việc mang lại hiểu biết thêm về vật lý thiên văn thì thí nghiệm này còn có những giá trị thực tiễn khác. Ngày nay, kim cương nano được tạo ra trong các thí nghiệm được sử dụng trong các thiết bị điện tử, dụng cụ y tế hoặc là dùng để cắt vật liệu trong sản xuất công nghiệp. Việc tạo ra kim cương dạng này thường được thực hiện bằng cách tiến hành những vụ nổ. Sử dụng laser để tạo ra kim cương như cách tiến hành của thí nghiệm này là một phương pháp sạch hơn và có thể kiểm soát tốt hơn.
Bryan
Theo Space Daily
