Физики из Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии использовали для сжатия алмаза до плотности большей, чем у свинца мощный лазер. Этот эксперимент был проведен с целью разгадки тайн гигантских планет Галактики.
Крошечный синтетический образец обстреляли 176 лазерными лучами, создавая волны давления, которые постепенно привели к сжатию минерала до плотности, в четыре раза превышающей нормальную. Эта технология получила название "Динамическое наклонное сжатие".
Операция, которая продлилась 20 наносекунд, подвергла алмаз давлению, эквивалентному пяти терапаскалям. Исследователи отмечают, что это в 50 миллионов раз выше, чем давление атмосферы у поверхности Земли, и в 14 раз выше, чем давление в ее ядре.
Для проведения своего эксперимента физики использовали самый большой лазер в мире. Прибор предназначен для проведения исследований в области ядерного синтеза, поэтому может сконцентрировать луч на площади в один квадратный миллиметр, спрятанной внутри десятиметровой алюминиевой сферы. О проведенном опыте ученые сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Так как мы пытались воссоздать давление внутри газовых гигантов, максимальная температура эксперимента была ограничена. Мы должны были удерживать ее на определенном уровне и сделали это путем тщательной калибровки скорости, с которой интенсивность лазерного луча изменяется во времени", – поясняет ведущий автор исследования доктор Рэй Смит. Данный эксперимент имитирует давление в ядре Сатурна. Теперь астрофизики надеются понять процессы, которые протекают в звездах и гигантских планетах богатых углеродом, сформированных сильным гравитационным давлением. Исследование также направлено на изучение экзопланет, размеры которых зачастую превышают во много раз размеры крупнейшей планеты Солнечной системы – Юпитера.
"Мы не знаем, из чего состоят ядра Сатурна и Юпитера, но мы впервые получили возможность изучать материю, находящуюся в экстремальных состояниях, создаваемых планетами-гигантами. Наш эксперимент призван воссоздать условия в ядрах гигантских газовых планет – как в нашей Солнечной системе, так и за ее пределами", – говорит Смит.
К примеру, Нептун, как показывают расчеты планетологов, содержит алмазы в своем ядре. Газ метан из его оболочки разлагается, а затем содержащийся в нем углерод прессуется под высоким давлением. Миссии, направленные на изучение экзопланет, показали, что нептуноподобные экзопланеты очень распространены в нашей Галактике, а значит, понять их природу теперь будет намного проще.
Эксперимент ценен не только знаниями о формировании гигантских планет, но и возможностью получить новую информацию о зарождении звезд. Астрофизики считают, что мегапланеты являются переходной фазой между планетой и звездой, где достигается давление в несколько петапаскалей. Пока что непонятно, можно ли будет воспроизвести эти условия в лаборатории, но шаг на пути к экспериментальному пониманию небесных тел уже сделан. Более того, жизнь на Земле основана на углероде, а значит понимание различных свойств этого элемента, возможно, приведет и к разгадке и величайшей тайны о происхождении живых организмов планеты.