Некоторые планетологи утверждали, что Нептун и Уран могут содержать алмазное ядро из-за высокого давления на углеродистые материалы. Впоследствии другие предположили, что определенные планетные системы, рожденные из диска пыли, особенно богатого углеродом, углеродистых планет земной группы, могли иметь покрытие, в основном из алмазов. Сегодняшние эксперименты по физике высокого давления подтверждают этот тезис.
Открытие экзопланет вокруг звезд, все еще находящихся на главной последовательности, произошло 25 лет назад и было удостоено Нобелевской премии для своих авторов. Подобно тому, как разнообразие планет в Солнечной системе удивило миссии «Вояджер», эти экзопланеты опровергли многие предвзятые идеи и открыли двери для проверяемых спекуляций с помощью таких инструментов, как Kepler а теперь и TESS. Мы подозреваем существование океанических планет или... еще более удивительных.
В последние годы даже появились указания в пользу существования планет, очень богатых углеродом, в то время как планеты земной группы Солнечной системы, такие как Земля или Марс богаты силикатами и, следовательно, оксидами кремния. Это может быть случай с экзопланетой 55 Cancri e, очень горячей планетой с графитовой поверхностью и окружающим ее толстым слоем алмазного покрова, под которым будет слой кремния на минеральной основе и ядро из расплавленного железа в центре. Действительно, эксперименты, проведенные на Земле в области физики высоких давлений точно показали, что наиболее распространенные земные алмазы (черные алмазы, редкие, вероятно, имеют внеземное происхождение) синтезируются из углерода при высоких давлениях и температурах в атмосфере недр нашей планеты.
Планеты, рожденные в протопланетных дисках, обогащенных углеродом
Как могут образовываться такие планеты? Оказывается, химический состав Млечного Пути со временем эволюционирует, и поколения массивных звезд живут максимум несколько миллионов лет и в конечном итоге взрываются, вызывая сверхновые. Затем они рассеивают в межзвездном пространстве синтезированные ими атомы, в частности, углерод, кислород, железо и кремний.
Определенные молекулярные облака, в которых образуются новые звезды, окруженные вереницей планет, будут иметь состав более или менее обогащенный углеродом или кремнием. Таким образом, звезды и их экзопланеты будут формироваться совместно с более или менее высоким соотношением углерода к кремнию, что, следовательно, может дать начало так называемым экзопланетам на основе углерода. Это также то, что астрофизики Марк Дж. Кучнер и Сара Сигер впервые объяснили в 2005 году, хотя необходимо напомнить, что их гипотеза на самом деле была предложена работой космохимика Катарины Лоддерс. В 2004 году, после измерений содержания метана (CH4) и воды в атмосфере Юпитера, проведенных зондом «Галилео», Катарина Лоддерс пришла к выводу, что эта планета в Солнечной системе бедна кислородом, но обогащена углеродом.
По словам исследователя, это предполагало, что планетарный эмбрион позади гиганта, который развился в первоначальном протопланетном диске вокруг Солнца, должен был сформироваться в области, особенно богатой углеродом. В случае планетарной миграции газовая оболочка такого зародыша могла взорваться при приближении к Солнцу, оставив сверхземлю, особенно богатую углеродом.
«Минералогия здесь имеет несколько аспектов, и то, что объединяет нас всех, - это методы, масштабы наблюдений ...» - говорит Гийом Фике, исследователь. Речь идет о прессах с алмазными наковальнями.
Карбид кремния и вода - рецепт изготовления алмазов
Достижения в области физики высоких давлений, в частности, использование лазеров и прессов с алмазными наковальнями, теперь также позволяют исследовать в лаборатории физику экзотических экзопланет, в частности тех углеродсодержащих планет, которые теоретически могут иметь алмазное покрытие, как, возможно, в случае с 55 Cancri e.
Аллен-Саттер и его соавторы - Эмили Гархарт, Курт Лейненвебер и Дэн Шим из ASU, с Виталием Пракапенко и Эраном Гринбергом из Калифорнийского университета, хотели проверить гипотезу о том, что богатые углеродом экзопланеты могут преобразовать элемент алмаза и даже производить с ним силикаты в присутствии воды в недрах звезд.
Считается, что основным материалом является карбид кремния с формулой SiC. На Земле его можно изготавливать в лаборатории, и он выглядит как сверхогнеупорная, сверхтвердая и полупроводниковая керамика. В природе эта керамика встречается очень редко и представляет собой минерал, называемый муассанитом.
Поэтому в данном случае исследователи сжали с помощью алмазной наковальни смесь SiC и воды, нагретую через алмазы лазером из Национальной лаборатории в Аргонне, штат Иллинойс, структура которой и его изменения были измерены методом дифракции рентгеновских лучей. Как и ожидалось, в результате были получены алмазы и кремнезем.
На углеродсодержащих планетах с графитовой коркой и мантией из карбида кремния образование океанов с притоком воды кометами или астероидами должно приводить к образованию алмазов и кремнезема на глубине, как показано на рисунке.
