Mưa kim cương, hiện tượng nghe có vẻ vô lý nhưng lại hoàn toàn có thật

Cảnh tượng những viên kim cương từ trên trời rơi xuống không hề xảy ra trên hành tinh của chúng ta, tuy nhiên các nhà khoa học cho rằng nó là một hiện tượng hoàn toàn có thật. Chúng thực sự xảy ra trên bề mặt của các khí khổng lồ chẳng hạn như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Mới đây, họ đã tái tạo lại các điều kiện quan trọng để có thể hình thành hiện tượng "Diamond Rain" ngay trong phòng thì nghiệm và thu được cấu trúc nguyên tử của kim cương.

Theo The Guardian, hiện tượng này xảy ra trên hai hành tinh nói trên vì chúng chứa nhiều khí như hydro và heli, đồng thời những hành tinh này cũng có đại dương khổng lồ chứa nước, amoniac và hydrocacbon.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiệt độ và áp suất cao sâu bên trong các hành tinh này tác động lên các hydrocacbon trong đại dương để tạo ra kim cương rơi bên trong hành tinh.

Các nhà khoa học đã cố gắng sao chép các điều kiện bên trong các hành tinh này để sản xuất kim cương trong phòng thí nghiệm. Họ cũng có thể thăm dò cấu trúc của vật liệu khi nó được tạo ra để giúp cho việc nghiên cứu của họ.

"Bạn thực sự sẽ nhìn thấy cấu trúc nguyên tử của kim cương", Dirk Gericke, đồng tác giả của nghiên cứu từ Đại học Warwick, cho biết. Ông nói thêm rằng các thí nghiệm trước đây đã không thành công trong việc tái tạo các điều kiện bằng cách sử dụng tia laser và các kỹ thuật khác vì các nhà khoa học đã đánh giá thấp áp suất và các điều kiện khác có thể thấy rõ trên các hành tinh màu xanh này.

Gericke và nhóm của ông tiết lộ trên tạp chí Nature Astronomy rằng họ đã bắn tia laser vào polystyrene tiêu chuẩn - chất thay thế cho hydrocacbon được tìm thấy bên trong Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương - để tạo ra kim cương.

"Tia laser được sử dụng để làm nóng nhanh bề mặt của polystyrene, khiến nó nở ra và tạo ra sóng xung kích. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra hai sóng xung kích, với sóng thứ hai nhanh hơn sóng đầu tiên. Khi các sóng xung kích bắt kịp với nhau, nhiệt độ và áp suất lần lượt là 5.000 K và 150 GPa được tạo ra - các điều kiện tương tự như điều kiện được tìm thấy ở khoảng 10.000 km vào bên trong hành tinh", The Guardian viết.

Các điều kiện cực đoan này đã khiến các liên kết giữa carbon và hydro trong polystyrene bị phá vỡ, và carbon liên kết với nhau để tạo ra kim cương. Nhóm nghiên cứu cũng đã chứng kiến sự hình thành của những viên kim cương, bằng cách sử dụng các xung ngắn của tia X.

Dominik Kraus, tác giả đầu tiên của nghiên cứu từ phòng thí nghiệm nghiên cứu Đức Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, cho biết: "Thời gian thử nghiệm là rất ngắn. Và việc tìm thấy dấu vết rõ ràng của kim cương thực sự rất đáng ngạc nhiên".

Mặc dù nhóm nghiên cứu đã tạo ra kim cương trong phòng thí nghiệm, nhưng trên thực tế, chúng cực kỳ nhỏ, đường kính vài nanomet. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khẳng định rằng những viên kim cương được tạo ra trên Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương sẽ có kích thước lớn hơn nhiều và trong tương lại họ sẽ sớm có thể sản xuất chúng với kích thước đó.

Gericke cũng chỉ ra rằng nghiên cứu của ông vượt xa những gì có thể quan sát thấy trên hai hành tinh và đang phát triển với tốc độ nhanh chóng. Ông gợi ý rằng nghiên cứu của mình có thể được hoàn thiện để sản xuất kim cương sử dụng trong các thiết bị cắt công nghiệp hoặc các dự án thương mại khác.

Ý tưởng về mưa kim cương lần đầu tiên được đề xuất trước khi thực hiện sứ mệnh Voyager 2 vào năm 1977. Lý do khá đơn giản: Chúng ta biết Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương được tạo thành từ gì, và chúng ta biết rằng mọi thứ sẽ trở nên nóng hơn và dày đặc hơn khi đi sâu vào bên trong hành tinh. Và sau đó, các mô hình toán học đã giúp cho chúng ta tính toán được rõ ràng khả năng xảy ra hiện tượng này, chẳng hạn như vùng trong cùng của lớp phủ của các hành tinh này có thể có nhiệt độ khoảng 7.000 kelvins (6.727 độ C) và áp suất gấp 6 triệu lần khí quyển Trái đất.

Những mô hình tương tự cũng cho chúng ta biết rằng các lớp ngoài cùng của lớp phủ có nhiệt độ khoảng - 2.000 K ( âm 1.727 độ C) và áp suất gấp 200.000 lần áp suất khí quyển của Trái đất. Do đó amoniac và metan sẽ bị phân rã ở cấp độ nguyên tử và giải phóng cacbon. Sau đó, carbon sẽ liên kết với nhau tạo thành các chuỗi dài. Các chuỗi dài sau đó ép lại với nhau để tạo thành các mẫu tinh thể như kim cương.

Các tinh thể kim cương dày đặc sau đó rơi qua các lớp của lớp phủ cho đến khi nó quá nóng, bốc hơi và nổi ngược và lặp lại chu kỳ - do đó có thuật ngữ "mưa kim cương".