Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Mungo Frost vom SLAC Research Center in Kalifornien hat mit dem Röntgenlaser Europe's XFEL in Schenfeld neue Erkenntnisse über die Entstehung von Diamantregen auf eisigen Planeten wie Neptun und Uranus gewonnen. Die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Ergebnisse liefern auch Hinweise auf die Entstehung der komplexen Magnetfelder dieser Planeten.
In früheren Röntgenlaserstudien haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Diamanten aufgrund des in ihnen herrschenden hohen Drucks aus Kohlenstoffverbindungen entstehen sollten, die in großen Gasplaneten vorkommen. Diese Kohlenstoffverbindungen sinken dann weiter in das Innere des Planeten und werden von oben zu einem Edelsteinregen.
Ein neues Experiment am Europe XFEL hat nun gezeigt, dass sowohl der Anfangsdruck als auch die Temperatur, bei der Kohlenstoffverbindungen Diamanten bilden, niedriger sind als angenommen. Für Gasplaneten bedeutet dies, dass sich Diamantregen in geringeren Tiefen bildet als angenommen und daher möglicherweise einen größeren Einfluss auf die Bildung von Magnetfeldern hat. Darüber hinaus kann sich Diamantregen auch auf Gasplaneten bilden, die kleiner als Neptun und Uranus sind und als „kleine Neptune“ bezeichnet werden. Im Sonnensystem gibt es keinen solchen Planeten, aber solche Exoplaneten existieren außerhalb des Sonnensystems.
Wenn Diamantregen von der äußeren Schicht des Planeten in die innere Schicht fließt, reißt er Gas und Eis mit, was zu leitenden Eisströmen führt. Der Strom in einer leitenden Flüssigkeit wirkt wie ein Generator, durch den das Magnetfeld des Planeten erzeugt wird. „Diamantenregen könnte einen Einfluss auf die Bildung komplexer Magnetfelder auf Uranus und Neptun haben“, sagte Frost.
Als Kohlenstoffquelle nutzte das Forschungsteam Kunststofffolien aus dem Kohlenwasserstoff Polystyrol. Unter extrem hohem Druck bildet sich aus dem Film Diamant – der gleiche Prozess, der im Inneren von Planeten abläuft und den der European XFEL nachahmen kann. Forscher nutzten Diamant-Extrusionsanlagen und Laser, um den hohen Druck und die Temperatur von mehr als 2.200 Grad Celsius zu erzeugen, die im Inneren von Eisriesenplaneten üblich sind. Die Vorrichtung funktioniert wie eine kleine Zange, bei der die Probe zwischen zwei Diamanten gequetscht wird. Mit Hilfe der Röntgenpulse des European XFEL können Zeitpunkt, Bedingungen und Abfolge der Diamantbildung im Squeeze genau beobachtet werden.
Zum internationalen Forschungsteam gehören außerdem Wissenschaftler des XFEL Europe, des DESY-Forschungszentrums Hamburg und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rosendorfer sowie Wissenschaftler anderer Forschungseinrichtungen und Universitäten in verschiedenen Ländern. Einen wesentlichen Beitrag zu dieser Arbeit leistete die European XFEL Users Alliance HIBEF (einschließlich der Forschungszentren HZDR und DESY).
„Durch diese internationale Zusammenarbeit haben wir bei European XFEL große Fortschritte gemacht und neue Erkenntnisse über eisige Planeten gewonnen“, sagte Frost.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily