Mưa kim cương trên các hành tinh xa xôi phổ biến hơn chúng ta nghĩ

Nếu ngồi trong một chiếc máy bay đang bay qua các bầu khí quyển khắc nghiệt của sao Hải Vương, chúng ta có thể trải nghiệm hiện tượng thú vị, mưa kim cương đập vào cửa sổ. Và theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, các trận mưa kim cương như vậy có thể tương đối phổ biến trên khắp vũ trụ.

Carbon có thể liên kết thành một tinh thể trên các hành tinh khí khổng lồ, băng giá như sao Hải Vương và sao Thiên Vương vì nhiệt độ và áp suất cực cao sâu trong khí quyển – những điều kiện có thể phá vỡ hydrocarbon như metan, cho phép các nguyên tử carbon bên trong kết nối với bốn nguyên tử khác và tạo ra các hạt kim cương rắn.

Dựa trên các thí nghiệm được nêu ra trong nghiên cứu mới nhất, trong đó các quá trình hình thành kim cương được mô phỏng trong điều kiện phòng thí nghiệm, các nhà khoa học nhận thấy ngưỡng nhiệt độ và áp suất cho quá trình hình thành kim cương này thấp hơn họ nghĩ.

Điều đó sẽ làm cho mưa kim cương có thể xảy ra trên các hành tinh khí nhỏ hơn, còn gọi là “sao Hải Vương mini”, loại hành tinh mà chúng ta biết nhiều bên ngoài hệ Mặt trời.

Những phát hiện này cũng có thể giúp giải thích một số bí ẩn về từ trường của sao Thiên Vương và sao Hải Vương.

“Khám phá đột phá này không chỉ làm sâu sắc thêm kiến thức của chúng ta về các hành tinh băng giá địa phương mà còn có ý nghĩa đối với việc tìm hiểu các quá trình tương tự trong các hành tinh ngoài hệ Mặt trời”, nhà vật lý Siegfried Glenzer từ Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC cho biết.

Trong công trình mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng XFEL châu Âu (X-Ray Free-Electron Laser) để theo dõi kim cương được hình thành từ màng polystyrene hợp chất hydrocarbon, được đặt trong điều kiện áp suất cực kỳ lớn giữa một thiết lập giống như kẹp.

Thiết lập này cho phép họ quan sát quá trình hình thành kim cương lâu hơn so với các thí nghiệm trước đây. Và quan sát kéo dài đó cho thấy rằng mặc dù điều kiện áp suất lớn và nhiệt độ cao là vẫn cần thiết, nhưng chúng có thể không cần phải cực đoan như suy nghĩ trước đây.

Về mặt hành tinh, điều này cho thấy kim cương có thể hình thành ở nơi nông hơn so với ước tính của các nhà khoa học. Điều này có nghĩa là các hạt kim cương rơi kéo theo khí và băng có thể ảnh hưởng đến từ trường của các hành tinh này theo cách trực tiếp hơn chúng ta đã hiểu trước đây.

Không giống như Trái đất, các hành tinh băng như sao Hải Vương và sao Thiên Vương không có từ trường đối xứng. Điều này cho thấy từ trường không được hình thành trong lõi hành tinh. Và kim cương có thể giúp giải thích bí ẩn này.

“Nó có thể kích hoạt các chuyển động trong băng dẫn điện được tìm thấy trên các hành tinh này, ảnh hưởng đến việc tạo ra từ trường của chúng”, nhà vật lý Mungo Frost, từ Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC cho biết.

Tất cả đều là những điều hấp dẫn mà các nghiên cứu trong tương lai có thể xem xét sâu hơn. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tiến gần hơn đến việc hiểu quá trình này có thể hoạt động như thế nào trên các hành tinh xa xôi và hậu quả có thể là gì.

Có lẽ một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể thực hiện một số nghiên cứu thực tế trong bầu khí quyển đòi hỏi khắc nghiệt của sao Hải Vương và sao Thiên Vương, cho phép chúng ta tận mắt nhìn thấy cơn mưa kim cương này được hình thành như thế nào.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.

Tổng hợp