Mưa kim cương trên sao Hải Vương và Thiên Vương

Khoa Học 30/06/2020 - 11:21

Thí nghiệm của các nhà nghiên cứu quốc tế chứng minh mưa kim cương có thật trên các hành tinh trong hệ Mặt Trời.

Mưa kim cương trên sao Hải Vương và Thiên Vương - ảnh 1

Mô phỏng mưa kim cương trên sao Hải Vương. Ảnh: Popular Mechanics.

Khí quyển của sao Hải Vương và sao Thiên Vương chủ yếu bao gồm hydro, heli và lượng nhỏ methane. Bên dưới các lớp khí quyển là chất lỏng siêu đặc và nóng cấu tạo từ nước, methane và amonia đóng băng bao phủ lõi hành tinh. Các nhà nghiên cứu tiến hành thí nghiệm mới sử dụng máy laser tia X Linac Coherent Light Source (LCLS) ở Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC ở California, Mỹ, để tìm hiểu quá trình mưa kim cương xảy ra ở hai hành tinh này. Họ công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications. Nhà vật lý plasma Mike Dunne, giám đốc LCLS giải thích thí nghiệm mới cung cấp thông tin về hiện tượng rất khó lập mô hình trên máy vi tính do sự kết hợp của hai nguyên tố.

Sao Hải Vương và sao Thiên Vương là hai hành tinh giới nghiên cứu biết ít nhất trong hệ Mặt Trời do chúng nằm rất xa và chỉ có duy nhất một tàu vũ trụ là Voyager 2 từng tới gần. Nhưng theo NASA, các hành tinh băng khổng lồ khá phổ biến trong dải Ngân Hà. Những ngoại hành tinh giống sao Hải Vương phổ biến gấp 10 lần ngoại hành tinh giống sao Mộc. Kết quả tính toán và thí nghiệm cách đây hàng thập kỷ hé lộ nếu có đủ áp suất và nhiệt độ, methane có thể biến đổi thành kim cương.

Nhà vật lý Dominik Kraus ở phòng thí nghiệm Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf tại Đức và cộng sự tiến hành thí nghiệm sử dụng nhiễu xạ tia X để biểu diễn quá trình này. Điều kiện khí quyển của các hành tinh khổng lồ rất khó mô phỏng trên Trái Đất bởi đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Thông qua máy laser tia X (LCLS) và dùng vật liệu hydrocarbon polystyrene (C8H8) thay thế methane (CH4), nhóm nghiên cứu có thể tạo ra mô hình phỏng theo điều kiện trên sao Hải Vương và Thiên Vương.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu làm nóng và nén vật liệu để bắt chước điều kiện ở độ sâu 10.000 km bên trong sao Hải Vương và Thiên Vương. Những xung laser quang học tạo ra sóng xung kích ở polystyrene, làm vật liệu nóng tới 4.727 độ C. Quá trình này cũng tạo ra áp suất cực mạnh, ở mức 1,48 triệu atm, tương đương áp lực khi dồn trọng lượng của 250 con voi châu Phi trên bề mặt nhỏ cỡ móng tay.

Trong thí nghiệm trước đó, sự tán xạ tia X được sử dụng để kiểm tra vật liệu, đặc biệt là vật liệu có cấu trúc tinh thể. Nhưng trong thí nghiệm mới, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp khác. Họ đo cách tia X phân tán electron trong polystyrene. Thông qua đó, họ có thể quan sát carbon chuyển thành kim cương và theo dõi thành phần còn lại của mẫu vật tách thành hydro. Thí nghiệm cũng cho thấy mưa kim cương có thể tạo năng lượng hấp dẫn và nhiệt lượng khi trút xuống bề mặt sao Hải Vương và Thiên Vương.

An Khang (Theo Science Times)