reference for jewellery in science
Het regent diamanten op Neptunus en Uranus, article on de Standaard
read full article below
Europese, Amerikaanse en Japanse onderzoekers zagen diamanten gevormd worden toen ze extreem krachtige schokgolven veroorzaakten in polystyreen (beter bekend als piepschuim). Ze hadden er wel de krachtigste laser op aarde voor nodig, de röntgenlaser van het Amerikaanse nationale onderzoekscentrum SLAC in Stanford, Californië. ‘Het is de eerste keer dat iemand het ontstaan van de diamanten kan waarnemen terwijl het gebeurt’, juichen ze in een persmededeling. ‘Een van de mooiste momenten van mijn carrière’, glunderde de Duitse hoofdauteur Dominik Kraus. Conclusie: het regent echt diamanten in het binnenste van onze twee buitenste planeten, de gasreuzen Uranus en Neptunus.
Daarbij vergeten de onderzoekers voor het gemak even dat collega’s van een ander overheidslaboratorium, in het nabijgelegen Berkeley, al in 1999 in Sciencemeldden dat ‘het diamanten regent op Neptunus en Uranus’. Zij hadden methaangas onder een druk gezet van verschillende tientallen gigapascal (honderdduizenden keren de druk van de atmosfeer op aarde) en verhit met een laser. Bij zo’n 2.700 graden zagen ze diamantjes verschijnen, ‘als zwarte stofjes in een heldere vloeistof’.
Maar formeel hebben Kraus en de zijnen gelijk. Hun collega’s zagen de diamantjes, maar konden het ontstaan ervan niet op atomair niveau volgen. Daarvoor heb je de ultrakorte röntgenpulsen van de röntgenlaser nodig, een twintigduizendste van een miljardste seconde. Alleen zo kun je een reeksje beelden maken van het kristal terwijl het aan het groeien is. Bij 5.000 graden en 1,5 miljoen keer de atmosferische druk hadden ze prijs, zo beschrijven ze in Nature Astronomy.
Joekels van honderden kilo’s
Eerdere onderzoekers gebruikten methaangas (CH4). Kraus en co. gebruikten polystyreen, eveneens een stof met uitsluitend koolstof- en waterstofatomen, maar in een verhouding van 1 op 1, wat vermoedelijk dichter bij de situatie in de planeten komt. De atmosfeer van Neptunus en Uranus kleurt blauw door zo’n vijftien procent methaan (de rest is vooral waterstof en helium). Naarmate je dieper gaat en de druk toeneemt, wordt dat methaan steeds dichter samengeperst, tot de waterstofatomen weggeduwd worden en de koolstofatomen ook onderlinge bindingen beginnen aan te gaan. Op zo’n tienduizend kilometer diepte krijg je de omstandigheden waarin de vorsers hun diamantjes – alleen nog koolstof – zagen ontstaan.
In het experiment zagen ze nanodiamantjes, maar in het echt moeten er ook joekels van honderden kilo bij zitten. Die zinken door het omringende materiaal naar beneden, en leggen waarschijnlijk een diamanten laag rond de kern van de planeet. De bij de diamantvorming weggeduwde waterstofatomen vormen waterstofgas (H2), dat opstijgt. Daarbij neemt het waarschijnlijk de wrijvingswarmte mee die ontstaat bij het zinken van de diamanten. Dat zou weer verklaren waarom Neptunus en Uranus meer warmte uitstralen dan ze van de zon krijgen.
Nuttig
Nanodiamantjes zijn onder andere nuttig in elektronica en bij het maken van elektronenmicroscopische beelden. Ze kunnen kankergeneesmiddelen mee naar binnen nemen in een tumor (en schoonheidsproducten in de huid). Nu worden ze gemaakt in gecontroleerde explosies of uit aardolie gefilterd. De lasertechniek zou handiger en schoner kunnen zijn.
De vorsers hopen ook meer te leren over kernfusie. Een van de manieren om die te verwezenlijken is waterstof, verpakt in een plastic mantel, te bestoken met intens laserlicht. Het nieuwe experiment leert ons iets over de reacties in met intens laserlicht bestookt plastic. Die reacties konden tot nu toe nog niet goed gesimuleerd worden in een computer – wat met die in een klassieke kernbom wel gaat – precies bij gebrek aan experimentele gegevens.
Als we beter begrijpen hoe onze eigen planeten rond onze eigen zon in elkaar zitten, kunnen we ook beter inschatten hoe het eraan toegaat op de exoplaneten die we bij bosjes rond andere sterren ontdekken. Een beweeglijke diamantlaag zou bijvoorbeeld kunnen verklaren hoe de magnetische pool van Uranus en Neptunus tot zestig graden verwijderd ligt van hun geografische pool (op aarde is dat slechts een paar graden).
