Neptün ve Uranüs’ün kalplerinin derinliklerinde elmas yağıyor olabilir. Bilim insanları bunun nasıl mümkün olabileceğini gösteren yeni deneysel kanıtlar üretti.
Hipotez, bu devasa buz kütlelerinin yüzeylerinin binlerce kilometre altındaki yoğun ısı ve basıncın, hidrokarbon bileşiklerini ayırması ve karbonun elmas içine sıkıştırılması sonucunda gezegensel çekirdeklere daha da batmasıyla açıklanıyor.
Yeni deneyde, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nın Linac Coherent Işık Kaynağı (LCLS) olan X-ışını lazeri bu ‘elmas yağmuru’ işleminin nasıl gerçekleştiğine dair en kesin ölçümleri yapabilmek için kullanıldı ve karbonun doğrudan kristal elmas haline geldiğini keşfedildi.
LCLS müdürü ve plazma fizikçisi Mike Dunne, “Bu araştırma, hesaplamalı olarak modellenmesi çok zor olan bir fenomen hakkında veriler sağlıyor: iki elementin karışabilirliği veya karıştırıldığında nasıl birleştikleri.” diyerek açıklıyor.
“Burada tıpkı mayonezin yağa ve sirkeye ayrılması gibi iki elementin nasıl ayrıldığı gözlemleniyor.”
Neptün ve Uranüs, Güneş Sistemi’ndeki en az anlaşılmış gezegenlerdir. Oldukça uzaklar diyebiliriz – bir uzay sondası olan Voyager 2 onlara belli bir miktarda yaklaşabilmişti ve bu da özel uzun vadeli bir görev için değildi.
Ancak devasa buz kütleleri geniş Samanyolu’nda son derece yaygındır – NASA’ya göre, Neptün benzeri dış gezegenler, Jüpiter benzeri dış gezegenlerden 10 kat daha yaygındır. Bu sebeple, Galaksideki diğer bütün gezegenleri anlayabilmek için öncelikle Güneş Sistemimizin devasa buz kütlelerini anlamak oldukça önemlidir ve onları daha iyi anlamak için şeffaf mavi kabuklarının altında neler olduğunu bilmeliyiz.
Neptün ve Uranüs’ün atmosferlerinin öncelikle hidrojen ve helyumdan, az miktarda da metandan oluştuğunu biliyoruz. Bu atmosferik katmanların altında; su, metan ve amonyak gibi ‘buzlu’ malzemelerin süper sıcak, süper yoğun bir sıvısı gezegenin çekirdeğini sarmaktadır.
Onlarca yıl öncesine dayanan hesaplamalar ve deneyler, yeterli basınç ve sıcaklıkta metanın elmaslara ayrılabileceğini göstermiştir. Bu da bize elmasların bu sıcak, yoğun madde içinde oluşabileceğini düşündürmektedir. Almanya’daki Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf’ta, fizikçi Dominik Kraus tarafından yönetilen SLAC’de yapılmış eski bir deneyde bunu ispatlamak için X-ışını kırınımı kullandı. Şimdi ise Kraus ve ekibi araştırmalarını bir adım daha ileri götürdüler.
Kraus son çalışmalarıyla ilgili “Şimdi X-ışını saçılımıyla ilgili oldukça umut vaat eden yeni bir yaklaşımımız var.” dedi ve şöyle devam etti: “Daha önceki deneylerimizde yalnızca büyük bir belirsizlik yaşarken şu anki deneyimiz önemli model parametrelerini sunuyor. Daha fazla gezegen keşfettikçe bu deneyler daha anlamlı hale gelecek.”
Devasa gezegenlerin içlerini Dünya’dan taklit etmek oldukça zor. Bazı ciddi ekipmanlara ihtiyacınız var – LCLS gibi. Ayrıca dev gezegenin içindeki şeyleri kopyalayabilen bir malzemeye ihtiyacınız var. Bunun için ekip, metan (CH4) yerine hidrokarbon polistireni (C8H8) kullandı.
İlk olarak Neptün’ün yaklaşık 10.000 kilometre (6.214 mil) derinliğindeki koşulları yeniden yapılandırmak için malzemeye ısı ve basınç uygulanır: Optik lazer tireşimleri, maddeyi 5.000 Kelvin (4727 Santigrat veya 8.540 derece Fahrenheit)’e kadar ısıtan polistirende şok dalgaları üretir, aynı zamanda yoğun bir basınç oluşturur.
Kraus, “Yaklaşık 1,5 milyon bar üretiyoruz, bu da 250 Afrika filinin bir tırnak üzerinde uyguladığı basınca eşdeğerdir.” dedi.
Bir önceki deneyde, X ışını kırınımı o zamanki malzemeyi incelemek için kullanılmıştı. Bu yöntem, kristal yapıları olan malzemelerde işe yarar ancak kristal olmayan moleküller için oldukça verimsizdir. Bu nedenle bir şeyler eksikti. Yeni deneyde ekip, X ışınlarının polistirendeki elektronlardan nasıl dağıldığını ölçen farklı bir yöntem kullandı.
Bu, sadece karbonun elmasa dönüşümünü gözlemlemelerine değil, aynı zamanda numunenin geri kalanına ne olduğuna da dikkatlerini çekti – geri kalanlar hidrojenlerine ayrıldı ve geride karbon bırakmadı.
Kraus, “Buz gezegenlerinde, karbonun ayrıldığında sıvı geçiş modu almazsa elmasa dönüştüğünü şimdi biliyoruz.’ dedi.
Bu önemli bir gelişme çünkü Neptün hakkında gerçekten tuhaf bir şeyler var. İç kısmı olması gerekenden çok daha sıcak; Güneş’ten aldığının 2.6 kat daha fazlası enerji üretiyor.
Çevrelerindeki malzemeden daha yoğun bir yapıda olan elmaslar gezegenin iç kısmına yağıyorlarsa, etraflarındaki malzemeler arasındaki sürtünme tarafından üretilen ısıya dönüştürülen yerçekimi enerjisini serbest bırakıyor olabilirler.
Bu deney, alternatif bir açıklama bulmak zorunda olmadığımızı düşündürüyor, en azından henüz değil. Ayrıca Güneş Sistemi’ndeki diğer gezegenlerin iç kısımlarını ‘araştırmak’ için kullanabileceğimiz bir yöntem de veriyor.
Kraus, “Bu teknik, başka türlü yeniden oluşturulması zor olan ilginç süreçleri karşılaştırmamıza da yardımcı olacak.” dedi.
“Örneğin, Jüpiter ve Satürn gibi gaz devlerinin iç kısmında bulunan hidrojen ve helyum elementlerinin bu ekstrem koşullar altında nasıl karışıp ayrıldığını görebileceğiz. Gezegenlerin evrimsel tarihini incelemek için oluşturulan bu yeni yol, sistemlerin gelecekteki potansiyel enerji formlarına yönelik deneylerini desteklemektir.”
