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Diamantregen schon in geringerer Tiefe
Redaktion
/ Pressemitteilung der European XFEL GmbH
astronews.com
9. Januar 2024
Ein internationales Team von Forschenden hat am Röntgenlaser
European XFEL neue Erkenntnisse zur Entstehung und Häufigkeit von Diamantregen
im Inneren von Eisriesen wie Neptun, Uranus oder Exoplaneten außerhalb unseres
Sonnensystems gewonnen. Die neuen Daten liefern auch Hinweise zur Entstehung der
komplexen Magnetfelder dieser Planeten.
Die Grafik veranschaulicht das Phänomen des
Diamantenregens im Inneren des Planeten, bei dem Diamanten
durch das umgebende Eis nach unten wandern. Je tiefer die
Diamanten in das Innere des Planeten vordringen, desto höher
werden Druck und Temperatur. Selbst in den sehr heißen
Regionen bleibt das Eis aufgrund des extrem hohen Drucks
erhalten.
Bild: European XFEL / Tobias Wüstefeld
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Schon bei früheren Arbeiten an Röntgenlasern hatten Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler herausgefunden, dass sich bei Drücken und Temperaturen, die im
Inneren der großen Gasplaneten herrschen, aus Kohlenstoffverbindungen Diamanten
bilden können. Diese würden dann als Edelstein-Regen aus den höheren Schichten
weiter ins Innere der Planeten sinken. Ein neues Experiment am European XFEL hat
nun gezeigt, dass sich aus Kohlenstoffverbindungen schon bei geringerem Druck
und niedrigeren Temperaturen als bislang vermutet Diamanten bilden.
Für die eisigen Gasplaneten in unserem Sonnensystem bedeutet das: Der
Diamantregen bildet sich schon in geringerer Tiefe als gedacht, und könnte so
deren Magnetfeld stärker beeinflussen. Zudem sollte Diamantregen auch auf
Gasplaneten möglich sein, die kleiner sind als Neptun und Uranus und als
"Mini-Neptune" bezeichnet werden. Mini-Neptune sind die häufigsten Exoplaneten
außerhalb unseres Sonnensystems. Nachdem sich die Diamanten gebildet haben,
können diese bei ihrem Weg nach unten in die tieferen Schichten Gas und Eis
mitreißen und so Ströme von leitendem Eis verursachen. Ströme leitender
Flüssigkeiten wirken wie eine Art Dynamo, durch den sich die Magnetfelder von
Planeten bilden. "Diamantregen hat also wahrscheinlich Einfluss auf die
Entstehung der komplexen Magnetfelder von Uranus und Neptun", so Mungo Frost vom
Forschungszentrum SLAC in Kalifornien.
Als Kohlenstoffquelle nutzte die Gruppe eine Kunststofffolie aus der
Kohlenwasserstoffverbindung Polystyren. Diese setzten sie sehr hohem Druck und
Temperaturbedingungen aus, so wie sie im Inneren der Planeten herrschen.
Zunächst steigerten sie den Druck, indem sie die Folie zwischen die Spitzen von
zwei Diamanten klemmten. Diese sogenannten Diamantstempelzellen funktionieren
wie ein Mini-Schraubstock. Anschließend setzten sie die Folie den Röntgenblitzen
des Röntgenlasers European XFEL in Schenefeld aus, um sie auf mehr als 2200 Grad
Celsius zu erwärmen. Diese Temperaturen herrschen tief im Inneren der
Eisplaneten. Im Anschluss nutzten die Forscher die Röntgenpulse um zu
beobachten, wann und wie sich die Diamanten bilden. Druck und Temperatur geben
dabei Aufschluss darüber, in welcher Tiefe der Planeten die Edelsteine
entstehen.
Dem internationalen Forscherteam gehören Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler von European XFEL, den deutschen Forschungszentren DESY in
Hamburg und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sowie weiteren
Forschungseinrichtungen und Universitäten aus verschiedenen Ländern an. Zu
dieser Arbeit maßgeblich beigetragen hat das EuXFEL-Nutzerkonsortium HIBEF, an
dem HZDR und DESY beteiligt sind. "Durch diese internationale Zusammenarbeit
haben wir am European XFEL große Fortschritte erzielt und bemerkenswerte neue
Erkenntnisse über Eisplaneten gewonnen", so Frost.
Über ihre Studie berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift Nature Astronomy erscheinen ist.
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