Dev Buz Gezegenlerde Elmas Yağmuru Sanılandan Daha Yaygın Olabilir!

Elmas yağmuru, dev buz gezegenlerinde gerçekleşen egzotik bir yağış tipidir. Üzerine uzun zamandır varsayımlarda bulunulan bu yağış tipi, sanılandan çok daha yaygın bir fenomen olabilir. Daha önce gerçekleştirilen bir deneyde araştırmacılar, buz devleri Neptün ve Uranüs'ün derinliklerinde bulunan aşırı sıcaklıkları ve basınçları kopyalamışlardı.^[2] Bu deney sonucunda, ilk defa, elmas yağmurlarını oluşurken gözlemlemişlerdi.^[1]

ABD Enerji Bakanlığı'nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki bilim insanları ve çalışma arkadaşları, bu süreci Neptün ve Uranüs'ün kimyasal yapısına oldukça benzeyen yeni bir materyalde incelediler. Ekip, oksijenin varlığının, elmasların çeşitli koşullarda ve daha fazla gezegende oluşmalarını sağladığını keşfetti. Bu durum, elmas oluşumunu daha mümkün kılıyordu.

Yeni çalışmaysa, elmas yağmurunun diğer gezegenlerde nasıl oluştuğuna dair daha net bir resim sunuyor.^[3] Ayrıca Dünya'da da, elmas yağmurunun nasıl yeni nano elmas üretimi yollarına yol göstereceğine ışık tutuyor. Nano elmas üretimi, ilaç teslimi, tıbbi sensörler, invaziv olmayan ameliyat, sürdürülebilir üretim ve kuantum elektroniği gibi alanlarda çok geniş bir uygulama yelpazesine sahip. SLAC'te Yüksek Enerji Yoğunluğu bölüm başkanı Siegfired Glenzer şöyle açıklıyor:

Daha önceki makale, herhangi bir karışımdan doğrudan elmas oluşumu gördüğümüz ilk zamandı. O zamandan beri, farklı saf maddelerle çeşitli deneyler yapıldı. Ancak gezegenlerin içi bundan çok daha karışık, karışımın içerisinde çok daha fazla kimyasal var. Bu yüzden biz de bu ekstra kimyasalların nasıl bir etkiye sahip olduklarını öğrenmek istedik.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Almanya'da Rostock Üniversitesi ve Fransa'da École Polytechnique, SLAC'ın işbirliğiyle ekibi yönettiler. Ekip, elde ettiği sonuçları Science Advances dergisinde yayımladı.

Plastikle Yapılan Başlangıç!

Daha önceki deneyde araştırmacılar, Neptün ve Uranüs’ün kimyasal bileşiminin anahtar bileşenleri olan hidrojen ve karbon karışımından elde edilmiş bir plastik madde üzerine çalıştılar. Ancak karbon ve hidrojene ek olarak, buz devleri başka elementler de içeriyor. Örneğin bu gezegenlerin içerisinde yüksek miktarda oksijen bulunuyor.

Daha yakın zamanda yapılmış bir deneyde araştırmacılar, bu gezegenlerin bileşimini tam olarak kopyalamayı hedeflediler. Bunun için de gıda ambalajı, plastik şişeler ve konteynırlarda sıklıkla kullanılan PET plastiğini kullandılar. HZDR'de fizikçi ve Rostock Üniversitesinde profesör olan Dominik Kraus şöyle söylüyor:

PET, buz gezegenlerindeki bu aktiviteyi simüle etmek için karbon, hidrojen ve oksijen arasında iyi bir dengeye sahip.

Oksijen, Elmasın En Yakın Arkadaşıdır!

PET'te şok dalgaları yaratmak için araştırmacılar, SLAC'ın Linac Bağdaşık Işık Kaynağı'ndaki (LCLS) Ekstrem Koşullarda Malzeme (MEC) aracında yüksek enerjili optik lazer kullandılar. Sonrasında plastiğe ne olduğunu LCLS'ten gelen X-ray darbeleriyle incelediler.

X ışınları kırınımı diye adlandırılan bir metot kullanarak, maddenin atomlarının küçük elmas bölgelerine ayrılışını izlediler. Aynı anda dar açılı saçılım denilen başka bir metot daha kullandılar. İlk araştırmada kullanılmayan bu metot ile bahsi geçen elmas bölgelerinin ne kadar hızlı büyüdüğünü ve ne kadar genişlediklerini ölçtüler. Araştırmacılar, bu ek metodu kullanarak elmas bölgelerinin birkaç nanometrelik genişliğe kadara büyüdüğünü tespit edebildiler. Oksijenin varlığıyla nano elmasların, daha önceki gözlemlere kıyasla daha düşük basınç ve sıcaklıklarda büyüyebildiğini fark ettiler. Kraus şöyle açıklıyor:

Oksijen, karbon ve hidrojenin bölünmesini hızlandırmada ve dolayısıyla nano elmasların oluşumunu tetiklemede etkiliydi. Bu, karbon atomlarının çok daha kolayca birleşip elmas oluşturabileceği anlamına geliyordu.

Elmaslarla Kaplı Gezegenler!

Araştırmacılar, Neptün ve Uranüs'teki elmasların bu deneylerde üretilen nano elmaslardan çok daha büyük, belki milyonlarca karat ağırlığında olabileceklerini tahmin ediyorlar. Binlerce yıl boyunca bu elmaslar, yavaşça gezegenlerin buz tabakalarından geçerek batmış ve katı gezegen çekirdeği etrafında kalın bir mücevher tabakası oluşturmuş olabilir.

Ekip ayrıca, elmaslarla beraber süper iyonik suyun da oluştuğuna dair kanıt buldu. Yeni keşfedilen ve genelde ''sıcak, siyah buz'' olarak tanımlanan bu su fazı, aşırı yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda bulunuyor. Bu ekstrem koşullarda, su molekülleri ayrılıyor ve oksijen atomları hidrojen çekirdeklerinin içerisinde özgürce süzülebileceği bir kristal kafesi oluşturuyor. Bu özgürce süzülen çekirdekler elektrik yüklü olduğundan süper iyonik su elektrik akımını iletebiliyor. Bu da Uranüs ve Neptün'deki olağandışı manyetik alanları açıklıyor.

Bilim insanları, artık buz devlerinin güneş sistemimiz dışarısındaki en yaygın gezegen formu olduğuna inanıyorlar. Dolayısıyla bu bulgular, uzak galaksilerdeki gezegenler hakkındaki anlayışımızı da etkileyebilir. SLAC bilim insanı ve ortağı Silvia Pandolfi şöyle söylüyor:

Dünya'nın çekirdeğinin ağırlıklı olarak demirden oluştuğunu biliyoruz. Ancak daha hafif elementlerin varlığının erime ve faz değişimi durumlarını nasıl etkilediği üzerine hala birçok çalışma yapılıyor. Bizim deneyimiz, bu elementlerin buz devlerinde elmasların oluştukları şartları nasıl değiştirdiğini gözler önüne seriyor. Eğer gezegenleri doğru bir şekilde modellemek istiyorsak, gezegenlerin içinin asıl bileşimine mümkün olabildiğince yaklaşmamız gerekiyor.

İşlenmemiş Elmaslar!

Araştırma ayrıca, lazerli şok basınçlarıyla ucuz PET plastiklerinden nano elmas üretimi için ileriye dönük bir umut olduğuna işaret ediyor. Halihazırda aşındırıcılar ve cilalama maddelerinde bulunan bu küçük mücevherler, gelecekte kuantum sensörleri, tıbbi kontrast maddeleri ve yenilenebilir enerji için reaksiyon hızlandırıcılarda kullanılabilir. SLAC'tan Benjamin Ofori-Okai şöyle söylüyor:

Şu anda nano elmaslar, bir yığın karbon veya elmasın toplanılıp patlayıcılarla patlatılmasıyla oluşuyor. Bu, çeşitli boy ve şekilde nano elmas ortaya çıkarıyor ve kontrol etmesi gerçekten zor. Bu deneyde aynı türlerin yüksek sıcaklık ve basınç altında farklı reaktivitelerini görüyoruz. Bazı durumlarda, elmaslar diğerlerine göre daha hızlı oluşabiliyor. Bu da başka elementlerin varlığının süreci hızlandırabileceğine işaret ediyor. Lazer üretimi, nano elmas üretimi için çok daha temiz ve kolay kontrol edilebilen bir metot sunuyor. Eğer reaktiviteyle alakalı birkaç şeyi değiştirebilecek yollar geliştirebilirsek, elmasların ne kadar hızlı oluşacaklarını ve ne kadar büyüyeceklerini de değiştirebiliriz.

Araştırmacılar şimdi de benzer deneyleri Uranüs ve Neptün'ün çoğunluğunu oluşturan etanol, su ve amonyak içerikli sıvı numunelerini kullanarak yapmayı planlıyor. Bu onları, elmas yağmurlarının diğer gezegenlerde nasıl oluştuğunu tam olarak anlamaya daha da yakınlaştıracak. SLAC'tan Nicholas Hartley şunları ekliyor:

Bu süreçlerin aşırı hızlı ve küçük ölçeklerde nasıl işlediğini görmek için bu ekstrem koşulları tekrar yaratabiliyor oluşumuz heyecan verici. Oksijeni ekleyerek, bu gezegensel süreçlerin tüm resmini görmeye hiç olmadığımız kadar yakınız. Ancak hala yapılacak çok iş var. En gerçekçi karışımı elde etmeye ve bu maddelerin diğer gezegenlerde nasıl davrandığını görmeye doğru giden yolda bir adım attık sadece.