Дълбоко под повърхността на Нептун и Уран може би валят диаманти. Сега учените представиха нови експериментални доказателства, които показват как това би могло да е възможно.

Хипотезата е, че интензивната топлина и налягане на хиляди километри под повърхността на тези ледени гиганти трябва да разделят въглеводородните съединения, като въглеродът се компресира в диамант и потъва още по-дълбоко към ядрото на планетата.

Новият експеримент използва рентгеновия лазер Linac с кохерентна светлина (LCLS) на лабораторията LAC за най-прецизните измервания на това как трябва да протича този процес на "диамантен дъжд". Изследването установи, че въглеродът преминава директно в кристалната си форма - диамант.

Нептун и Уран са най-слабо познатите планети в Слънчевата система. Те са твърде далеч - само едната космическа сонда Voyager 2 е била близо до тях и то само прелитайки.

Но ледените гиганти са често срещани в Млечния път - според НАСА екзопланетите, подобни на Нептун, са 10 пъти по-разпространени от екзопланетите, подобни на Юпитер.

Следователно разбирането на ледените гиганти на Слънчевата система е от жизненоважно значение за разбирането на планетите в цялата галактика. И за да ги разберем по-добре, трябва да знаем какво се случва под техните ведри сини небеса.

Знаем, че атмосферата на Нептун и Уран се състои предимно от водород и хелий, с малко количество метан. Под тези атмосферни слоеве ядрото на планетата се обвито в свръхгореща, свръхплътна течност от "ледени" материали като вода, метан и амоняк.

И изчисленията и експериментите от десетилетия показват, че при достатъчно налягане и температура метанът може да бъде разграден до диаманти, което предполага, в този горещ, плътен материал може да се образуват диаманти.

Предишен експеримент в SLAC, воден от физика Доминик Краус в Хелмхолц Зентрум Дрезден-Росендорф в Германия, използва рентгенова дифракция, за да го демонстрира. Сега Краус и неговият екип са направили своите изследвания стъпка по-напред.

"Сега имаме много обещаващ нов подход, основан на рентгеново разсейване", казва ученият. 

Предизвикателство е да се възпроизведе вътрешността на планета гигант тук, на Земята. Учените използват специално оборудване - това е LCLS и материал, който копира нещата вътре в Нептун. За това екипът използва въглеводородния полистирол (C8H8) на мястото на метана (СН4).

Първата стъпка е нагряването и притискането на материала, за да се възпроизведат условията вътре в Нептун на дълбочина около 10 000 километра. Учените загряват материала до около 4 727 градуса Целзий при голямо налягане - колкото това от теглото на около 250 африкански слона върху нокътя на палеца, казва Краус.

В новия експеримент екипът измерва как рентгеновите лъчи разпръскват електрони в полистирола.

Това им позволило не само да наблюдават превръщането на въглерода в диамант, но и какво се случва с останалата част от пробата - тя е водород. И почти няма остатъчен въглерод.

"В случая с ледените гиганти сега знаем, че въглеродът почти изключително образува диаманти, когато се отделя и не приема течна преходна форма", казва Краус.

Това е важно, защото има нещо наистина странно в Нептун. Вътрешността му е доста по-гореща, отколкото би трябвало. Всъщност той отделя 2,6 пъти повече енергия, отколкото поглъща от Слънцето.

Ако диамантите, които са по-плътни от материала около тях, валят във вътрешността на планетата, ще се отделя гравитационна енергия, която се превръща в топлина, генерирана от триенето между диамантите и материала около тях.

Учените възнамеряват да използват същия метод, за да видят как водород и хелий - елементите във вътрешността на газовите гиганти като Юпитер и Сатурн, се смесват и разделят при тези екстремни условия. Това е нов начин за изучаване на еволюционната история на планетите и планетарните системи, както и за експерименти за потенциални бъдещи форми на енергия от ядрен синтез.

Изследването е публикувано в Nature Communications.