Neptün’de Elmas Yağıyor. Nihayet, Nasıl Yağdığını Biliyor Olabiliriz

0
6069
3quarks/iStock

Neptün ve Uranüs’ün derinliklerinde elmas yağıyor olabilir. Şimdiyse bilim insanları, bu durumun nasıl mümkün olabileceğine dair deneysel bulgular oluşturmuşlar.

Hipoteze göre, buz devlerinin binlerce kilometre derinliğindeki yoğun sıcaklık ve basınç, hidrokarbon bileşenleri parçalıyor. Karbon sıkışarak elmasa dönüşüyor ve gezegenlerin merkezine doğru, çok daha derinlere batıyor.

Yeni deneyde, bu ‘elmas yağmuru’ sürecinin nasıl meydana gelmesi gerektiğine yönelik şimdiye kadar yapılan en kesim ölçümlerin elde edilmesi için SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nın Doğrusal Hızlandırıcı Uyumlu Işık Kaynağı’nın (LCLS) X-ışınlı lazeri kullanılmış. Ölçüm sonucunda ise karbonun doğrudan kristal elmasa dönüştüğü bulunmuş.

LCLS müdürü ve plazma fizikçisi olan fakat makalede yazar olarak yer almayan Mike Dunne şöyle açıklıyor: “Bu araştırma, sayısal olarak modellemenin çok zor olduğu bir olguya; iki elementin ‘karışabilirliğine‘ veya karıştıklarında nasıl birleştiklerine dair veriler sağlıyor”

“Burada, elementlerin nasıl ayrıldığını görüyorlar; tıpkı mayonezi tekrar yağ ve sirkeye döndürmek gibi.”

Neptün ve Uranüs, Güneş Sistemi’nde en az anlaşılmış gezegenler. Çok uzaktalar ve şimdiye kadar sadece bir araştırma aracı (Voyager 2) onlara yaklaşabildi. Üstelik bunu da uzun vadeli özel bir görevle değil, yakınından geçerek yaptı.

Fakat buz devleri, geniş ölçekli Samanyolu galaksisinde son derece yaygın. NASA’ya göre Neptün benzeri ötegezegenler, Jüpiter benzeri ötegezegenlerden 10 kat daha fazla.

Bu yüzden Güneş Sistemi’mizdeki buz devlerini anlamak, galaksi boyunca yer alan gezegenleri anlamak bakımından çok önemli. Ayrıca onları daha iyi anlamak için mavi renkli dış yüzeylerinin altında neler olduğunu bilmemiz gerekiyor.

Neptün ve Uranüs’ün atmosferinin, ufak miktarda metan ile beraber çoğunlukla hidrojen ve helyumdan meydana geldiğini biliyoruz. Bu atmosfer katmanlarının altında, gezegen çekirdeğinin etrafına sarılmış halde bulunan su, metan ve amonyak gibi çok sıcak, çok yoğun ‘buzlu’ sıvı maddeler var.

Ayrıca onlarca yıl önceye dayanan hesaplamalar ve deneylerin gösterdiğine göre metan, yeterli basınç ve sıcaklıkta bozunup elmasa dönüşebiliyor; bu durum, elmasların bu sıcak ve yoğun maddenin içerisinde oluşabildiğini akla getiriyor.

Bu olgu, Almanya’daki Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf’da çalışan fizikçi Dominik Kraus’un önderliğinde SLAC’da gerçekleştirilen önceki deneyde, X-ışığı kırınımı kullanılarak gösterilmiş. Şimdiyse Kraus ve araştırma takımı, araştırmalarını bir adım ileri götürmüşler.

“X-ışığı kırınımına dayalı, yeni ve çok umut verici bir yaklaşımımız var” diyor Kraus. “Deneylerimiz, daha önce büyük belirsizliklerin olduğu önemli model parametreleri sağlıyor. Daha fazla ötegezegen keşfettikçe, bu durum daha belirgin hale gelecek.”

Dev gezegenlerin iç kısımlarının benzerini Dünya’da oluşturmak kolay değil. Çok kuvvetli donanımlar gerekiyor; LCLS de bunlardan biri. Ayrıca, o dev gezegenin içerisindeki şeyleri taklit eden bir malzemeye ihtiyacınız var. Araştırma takımı, bunun için metan (CH4) yerine hidrokarbon polisitren (C8H8) kullanmış.

Deneyin ilk adımı, bu maddeyi ısıtıp basınçlandırarak Neptün’ün yaklaşık 10.000 kilometre derinliğindeki şartları tekrarlamak olmuş: Optik lazer atımları, polisitrende şok dalgaları oluşturmuş ve malzeme 4.727 derece Celsius civarına kadar ısınmış. Ayrıca yoğun seviyede basınç oluşmuş.

“Yaklaşık 1.5 milyon bar basınç oluşturduk. Bu miktar, 250 civarı Afrika filinin ağırlığının bir başparmağın yüzeyine uygulanmasıyla oluşan basınca eşit” diyor Kraus.

Önceki deneyde madde incelenirken X-ışığı kırınımı kullanılmış. Bu yöntem, kristal yapılı malzemelerde işe yarıyor fakat kristal olmayan moleküllerde bu kadar başırılı olunmuyor; bu yüzden tablo eksik olmuş. Yeni deneyde ise takım farklı bir yöntem kullanarak, X-ışınlarının polisitrendeki elektronlardan nasıl saçıldığını ölçmüş.

Bu sayede, hem karbonun elmasa dönüşmesini gözlemlemişler; hem de örneğin geri kalanına neler olduğunu: Örnek, parçalanarak hidrojene dönüşmüş. Üstelik, neredeyse hiç atık karbon olmamış.

“Buz devlerinde ise artık biliyoruz ki karbon, ayrıştığını zaman neredeyse tamamen elmasa dönüşüyor ve sıvı bir dönüşüm haline geçmiyor” diyor Kraus.

Bu önemli bir durum çünkü Neptün’le ilgili gerçekten tuhaf bir şeyler var. Gezegenin iç kısmı, olması gerekenden çok daha sıcak; aslında, Güneş’ten aldığı enerjinin 2.6 kat fazlasını çıkarıyor.

Eğer elmaslar (etraflarındaki maddelerden daha yoğunlar) gezegenin iç kısmına doğru yağıyorsa, kütleçekim enerjisi çıkarıyor olabilirler ve bu enerji, elmaslar ile etraflarında bulunan maddeler arasındaki sürtünmeden oluşan ısıya dönüşür.

Yapılan bu deney, alternatif bir açıklama bulmak zorunda olmadığımızı akla getiriyor; hiç olmazsa, şimdilik… Ayrıca, Güneş Sistemi’ndeki diğer gezegenlerin iç kısımlarını ‘araştırmak’ üzere kullanabileceğimiz bir yöntem de gösteriyor.

“Bu yöntem, normalde taklit zor olan ilginç süreçleri ölçmemize olanak sağlayacak” diyor Kraus.

“Örneğin, Jüpiter ve Satürn gibi gaz devlerinin iç kısımlarında bulunan hidrojen ile helyum elementlerinin, bu uç şartlar altında nasıl karışıp ayrıldığını görebileceğiz. Bu yöntem, gezegenlerin ve gezegensel sistemlerin evrimsel tarihi üzerinde çalışmak açısından yeni bir yol sunmanın yanısıra; gelecekte füzyondan enerji üretiminin muhtemel biçimlerine yönelik yapılacak deneyleri de destekliyor.”

Araştırma, Nature Communications bülteninde yayınlandı.

 

 

 

 

Yazar: Michelle Starr/ScienceAlert. Çeviren: Ozan Zaloğlu.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here