Creatie van de Ice Planet Diamond – wissenschaft.de
Het vormen van edelstenen zoals in Uranus en Neptunus: onderzoekers hebben de aanwezigheid van diamantdouches op ijzige planeten bevestigd door middel van “flitsende” experimenten, terwijl ze tegelijkertijd een nieuwe mogelijkheid demonstreerden om nano-diamanten te produceren voor technologie. Blijkbaar kan een eenvoudige plastic fles als grondstof dienen, omdat deze het element zuurstof bevat, dat volgens de testresultaten de vorming van exotische diamanten stimuleert.
Enorm, ijzig en mysterieus: wat gebeurt er binnen ijzige planeten zoals Neptunus en Uranus, waarvan wordt gedacht dat ze heel gewoon zijn in het universum? Het is duidelijk dat er binnenin extreme omstandigheden heersen: de druk is een miljoen keer groter dan die van de aardatmosfeer, en terwijl de buitenste lagen ijzig zijn, heersen in de diepte temperaturen van enkele duizenden graden Celsius. Al geruime tijd voeren onderzoekers experimenten uit om de processen te onderzoeken die het kan veroorzaken in de koolwaterstofrijke materie in buitenaardse werelden. Om dit te doen, creëerden wetenschappers onder leiding van Dominic Krause van Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf omstandigheden in het laboratorium die vergelijkbaar zijn met die op ijzige planeten. Om dit te doen, schieten ze krachtige laserflitsen op materiaalmonsters, die ze milliseconden opwarmen tot 6000 graden Celsius. Dit creëert ook een schokgolf die het materiaal comprimeert tot miljoenen keren de atmosferische druk.
“Tot nu toe hebben we dergelijke tests uitgevoerd met chips gemaakt van koolwaterstoffen”, zegt Krause. “We hebben al kunnen vaststellen dat minuscule diamanten, de zogenaamde nanodiamanten, onder extreme druk worden gevormd.” Maar tot nu toe hebben onderzoekers de rol niet onderzocht van een element dat naast koolstof en waterstof waarschijnlijk ook veel in het binnenste van ijzige planeten voorkomt: zuurstof. Een verrassend uitdagend ogend materiaal heeft zichzelf aangeboden om deze vraag te beantwoorden: PET – het plastic waarvan plastic flessen worden gemaakt. “PET bevat een goede hoeveelheid koolstof, waterstof en zuurstof om te simuleren wat er op ijzige planeten gebeurt”, legt Krause uit.
Zuurstof bevordert diamantvorming
Het team voerde de tests uit in het SLAC National Accelerator Laboratory in Californië. Naast de mogelijkheid tot het genereren van drukgolven, biedt het ook de bijbehorende analysetechniek: een speciale röntgenlaser kan worden gebruikt om te onderzoeken wat er gebeurt als intense laserflitsen de PET-film raken. Concreet konden de onderzoekers met behulp van röntgendiffractie bepalen of nanodiamanten werden gevormd en hoe snel ze groeiden door middel van zogenaamde small-angle scattering. Het is aangetoond dat zuurstof de vorming van diamant bevordert: “Vanwege zijn effect versnelde de zuurstof de scheiding van koolstof en waterstof en stimuleerde zo de vorming van nanodiamanten”, zegt Krause. “Hierdoor konden de koolstofatomen beter combineren en diamanten vormen.”
Volgens wetenschappers ondersteunt het bewijs van het positieve effect van zuurstof de veronderstelling dat het letterlijk diamanten in ijsreuzen laat regenen. Maar op Neptunus en Uranus zijn ze waarschijnlijk veel groter dan de nanodiamanten die in de experimenten zijn geproduceerd – sommige bereiken zelfs miljoenen karaat. Wetenschappers benadrukken dat dit niet alleen geldt voor de ijzige planeten van ons zonnestelsel, maar ook voor vele andere planeten in het heelal. Uit de studie van planeten rond verre sterren is nu duidelijk dat deze categorie heel gewoon is.
nieuw productieproces
Zoals de onderzoekers meldden, kwamen ze een ander interessant aspect tegen: er wordt aangenomen dat ionisch superwater wordt gevormd met diamant: “Zuurstofatomen vormen een kristalrooster waarin waterstofkernen vrij kunnen bewegen”, legt Krause uit. Omdat de kernen elektrisch geladen zijn, kan het superionische water elektrische stromen geleiden en zo bijdragen aan de vorming van het magnetische veld van de ijsreuzen. In verdere experimenten hoopt het team het bestaan van deze vreemde vorm van water vermengd met diamanten duidelijk aan te kunnen tonen.
Naast de fundamentele bevindingen van planetair onderzoek, benadrukken Krause en collega’s dat hun werk ook een praktisch potentieel kan bevorderen: er ontstaat een nieuwe mogelijkheid voor diamantproductie op nanometerschaal. Ze worden al gebruikt in slijp- en polijstmiddelen en worden beschouwd als veelbelovende elementen in verschillende technische toepassingsgebieden. “Tot nu toe zijn nanodiamanten gemaakt door koolstof met explosieven te vernietigen”, legt Benjamin Ofori Okai van SLAC National Accelerator Laboratory uit. “Dit produceert echter nanodiamanten van verschillende groottes en vormen die moeilijk te controleren zijn.” Met behulp van hun proces kan het in de toekomst nauwkeuriger en schoner worden gemaakt. “Omdat we met röntgenlasers een laboratoriuminstrument hebben waarmee we de groei van de diamantgrootte nauwkeurig kunnen regelen”, zegt Krause.
Bron: Helmholtz Dresden Rosendorf Center, SLAC National Accelerator Laboratory, gespecialiseerd artikel: Science Advance, doi: 10.1126/sciadv.abo0617
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”