CỔNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

Các nhà khoa học vừa tái tạo cơn mưa kim cương trong phòng thí nghiệm bằng cách mô phỏng các điều kiện có trong các hành tinh băng khổng lồ như sao Hải Vương (Ảnh: Greg Stewart/Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC của Mỹ)

Các hành tinh băng khổng lồ của chúng ta như sao Thiên Vương và sao Hải Vương từ lâu được cho là có điều kiện phù hợp cho mưa kim cương. Và lõi rắn nằm dưới một lớp sình lầy của các loại băng khác nhau – không chỉ băng nước bình thường mà còn băng amoniac và metan. Trong môi trường này, áp suất cực đoan sẽ nén các nguyên tố phổ biến như hydro và cacbon thành kim cương rắn mà sau đó sẽ rơi như mưa xuống lõi của hành tinh.

Nhưng hiện tượng này chưa từng được quan sát trực tiếp. Thay vào đó, ý tưởng này thường là kết quả của các số đo khối lượng và bán kính của một ngoại hành tinh, vốn cho biết về thành phần cấu tạo của nó. Từ đó, các nhà thiên văn học có thể biết được cách các nguyên tố đó tương tác với nhau và nhờ đó xác định đặc điểm của hành tinh.

“Với các hành tinh, mối quan hệ giữa khối lượng và bán kính có thể cho các nhà khoa học biết một chút về đặc điểm hóa học. Và hóa học xảy ra bên trong có thể cung cấp thông tin bổ sung về một số đặc điểm xác định của hành tinh. Chúng ta không thể đi vào bên trong hành tinh và xem chúng, do đó các thí nghiệm trong phòng lab sẽ bổ sung cho kết quả quan trắc bằng vệ tinh và kính thiên văn”, tác giả dẫn đầu nghiên cứu Dominik Krauscho biết.

Để tái tạo các điều kiện như thế trong phòng thí nghiệm, nhóm đã sử dụng polystyrene, một hợp chất nhựa được làm từ metan vốn là thành phần chính trong bầu khí quyển của các hành tinh băng. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã cho nổ nhựa này bằng một máy laser tia X mạnh nhất thế giới hiện tại LCLS, bắn các sóng sốc mạnh xé vật liệu làm đôi. Đợt sóng sốc đầu tiên nhỏ và chậm, cho phép sóng sốc thứ 2 đuổi kịp.

Trong khoảnh khắc ngắn ngủi khi 2 sóng sốc chồng lên nhau, áp suất đỉnh nghiền gần như toàn bộ các nguyên tử cacbon trong nhựa thành các cấu trúc kim cương nhỏ xíu rộng chỉ vài nanomet. Không may, chúng cũng chỉ tồn tại cực ngắn, chỉ sống sót được trong ít phần của một giây. Vì điều này, các thí nghiệm khác cố gắng tái tạo cơn mưa kim cương sẽ không thể thấy chúng trực tiếp mà trong trường hợp này, máy phát laser cực mạnh cho chụp các bức ảnh tia X về các cấu trúc đang hình thành và đo thành phần và kích thước của chúng.

“Đối với thí nghiệm này, chúng tôi đã có LCLS, nguồn tia X sáng nhất thế giới. Bạn cần các xung tia X nhanh và cực mạnh này để nhìn rõ cấu trúc của các hạt kim cương vì chúng chỉ hình thành trong phòng thí nghiệm trong khoảng thời gian rất ngắn”, đồng tác giả Siegfried Glenzer cho biết.

Trong khi kim cương tạo ra trong phòng thí nghiệm này nhỏ và tồn tại ngắn ngủi thì các nhà nghiên cứu tin rằng kim cương hình thành ở các độ sâu trên sao Thiên Vương và sao Hải Vương có thể lớn hơn nhiều, có tiềm năng cân nặng hàng triệu cara và tồn tại hàng ngàn năm vì chúng sẽ từ từ chìm vào lớp sình lầy của hành tinh để hình thành một lớp kim cương dày quanh lõi.

Cùng với việc cải thiện hiểu biết của chúng ta về cấu tạo của các hành tinh khác, nghiên cứu có thể có các ứng dụng thực tế hơn trên trái đất. Nhóm cho hay tạo ra kim cương nano bằng laser là một kỹ thuật hiệu quả hơn cách chúng ta đang làm (sử dụng thuốc nổ) và kết quả cuối cùng là một thành phần hữu ích trong các thiết bị điện tử và dụng cụ khoa học.

LH (New Atlas)