Wissenschaftler werden immer besser darin, Exoplaneten zu verstehen. Wir wissen jetzt, dass es sie in Hülle und Fülle gibt und dass sie es sogar können umkreisen tote weiße zwergsterne . Die Forscher verstehen auch immer besser, wie sie sich bilden und woraus sie bestehen.
Eine neue Studie besagt, dass einige kohlenstoffreiche Exoplaneten unter den richtigen Umständen aus Siliziumdioxid und sogar Diamanten bestehen könnten.
Der Titel der neuen Forschung lautet „ Oxidation des Inneren von Karbid-Exoplaneten .“ Der Hauptautor ist Harrison Allen-Sutter von der School of Earth and Space Exploration der Arizona State University. Die Forschung wird im Planetary Science Journal veröffentlicht.
„Diese Exoplaneten sind anders als alles andere in unserem Sonnensystem.“
H. Allen-Sutter, Hauptautor, ASU School of Earth and Space Exploration
Ein Karbid-Exoplanet ist einfach ein kohlenstoffreicher Planet. Wenn sich ein Sonnensystem bildet, bilden sich der/die Stern(e) und die Planeten aus derselben Materialwolke, sodass ihre Zusammensetzung ähnlich ist. Wenn ein Stern ein hohes Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis hat, dann auch seine Planeten.
In unserem Sonnensystem haben sowohl die Sonne als auch die Erde ein niedriges Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis. Die Erde ist reich an Silikaten und Oxiden, aber sehr arm an Diamanten. Aber wenn Astronomen andere Sterne betrachten und hohe Kohlenstoff:Sauerstoff-Verhältnisse finden, dann wissen sie, dass die Exoplaneten um diese Sterne das gleiche hohe Verhältnis aufweisen. Anstatt aus vielen Silikaten und Oxiden zu bestehen, könnten sie einen höheren Diamantgehalt aufweisen. Während der Diamantgehalt der Erde sehr gering ist, etwa 0,001%, könnten Karbid-Exoplaneten einen viel höheren Diamantgehalt aufweisen.
„Diese Exoplaneten sind anders als alles andere in unserem Sonnensystem“, sagte Hauptautor H. Allen Sutter in a Pressemitteilung .
Aber das war alles hypothetisch. Das Forscherteam musste es testen. Sie brauchten eine Möglichkeit, die extreme Hitze und den Druck nachzuahmen oder nachzubilden. Dazu wandten sie sich einem Diamantamboss zu. Ein Diamantamboss ist ein Gerät, mit dem Materialproben den extremen Drücken ausgesetzt werden, die tief im Inneren von Planeten herrschen.
Ein Schema einer Diamantambosszelle. Der Rubin wird als Druckanzeiger verwendet. Bildnachweis: Von Tobias1984 – Dieses W3C-nicht spezifizierte Vektorbild wurde mit Inkscape erstellt., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19419201
In ihrem Experiment begann das Team mit Siliziumkarbid und Wasser. Sie gaben diese Kombination in die Diamantambosszelle und die Probe wurde mit einem Laser erhitzt. Als der Laser die Probe erhitzte, machten sie Röntgenaufnahmen des Materials. Die Ergebnisse stimmten mit ihren Vorhersagen überein, und das Wasser und das Siliziumkarbid reagierten und verwandelten sich in Diamanten und Siliziumdioxid.
Abbildung 4 aus der Studie. Dieses Bild veranschaulicht die Hypothese des Teams. Auf der linken Seite ist ein unveränderter Planet, der reich an Kohlenstoff ist. Wenn Wasser hinzugefügt wird, wandelt sich der Siliziumkarbid-dominierte Mantel in einen Silizium- und Diamant-dominierten Mantel um, wie rechts gezeigt. Bei der Reaktion entstehen auch Methan und Wasserstoff. Bildquelle: Harrison/ASU
Das Team spricht in seinem Papier über die Auswirkungen dieser Ergebnisse. „Einige Populationen (12–17 %) von Sternen können C/O-Verhältnisse von mehr als 0,8 aufweisen, und die Mineralogie der Planeten, die diese Sterne umgeben, würde von Karbiden dominiert“, schreiben sie. „Daher könnte ein unter diesen Bedingungen entstandener Planet eine exotische innere Struktur und Dynamik aufweisen, verglichen mit den im Sonnensystem beobachteten Planetentypen.“
„Wenn Wasser an Karbidplaneten geliefert wird, erzeugt der Aufprall lokal hohe Drücke und hohe Temperaturen und induziert die Reaktion. In Regionen des Mantels, in denen Wasser SiC erreicht, würde die in gezeigte Reaktion Diamant und Siliziumdioxid produzieren.“
Diese Zahl aus der Studie hilft, die Ergebnisse zu erklären. Die Raman-Verschiebung ist die Messung der Energieänderung zwischen dem Rohlaserlicht, das zum Erhitzen der Materialien verwendet wird, und der Energie des gestreuten Laserlichts, nachdem es auf die Probe trifft. Das schwarze Spektrum wurde an einem nicht erhitzten Teil der Probe gemessen und das rote Spektrum wurde an einem erhitzten Teil gemessen. Die rote Spitze bei etwa 1400 cm -1 stellt Diamantkristalle dar, die sich während des Experiments gebildet haben. Bildquelle: Allen-Sutter et al., 2020.
Das Team weist darauf hin, dass die chemische Veränderung, die Diamanten hervorbringt, an der Außenseite des Planeten beginnen und sich in das Innere des Planeten einarbeiten würde. „In diesem Fall würde ein Karbidplanet von außen nach innen eine chemische Veränderung erfahren mit Siliziumdioxid bedeckt sein, während in ausreichend größeren Tiefen Diamant und Siliziumdioxid zusammen existieren würden, wie in ”
Ein Bild der Diamantambosszelle im Labor für Erd- und Planetenwissenschaften der ASU. Die flachen Oberflächen werden Culets genannt, und dort sitzt die Probe während der Druckbeaufschlagung. Bildquelle: Dan Shim
Alle Planeten, die dieser Transformation unterzogen wurden, würden ganz anders aussehen als die Erde. Tatsächlich würden sie sich von jedem Körper in unserem Sonnensystem unterscheiden. „Die einzigartige Mineralogie der umgewandelten kohlenstoffreichen Planeten würde die Planeten erdähnlich machen“, schreiben sie in ihrem Fazit. „Zum Beispiel wäre der Mantel der umgewandelten Planeten aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Siliziumdioxid und Diamant viel viskoser als der erdähnliche Silikatmantel.“
Ein Großteil unseres wissenschaftlichen Fokus auf Exoplaneten betrifft die potenzielle Bewohnbarkeit. Aber diese diamantreichen Planeten wären mit ziemlicher Sicherheit nicht in der Lage, Leben zu ernähren. Es läuft auf geologische Aktivität hinaus.
Wissenschaftler glauben, dass geologische Aktivität für einen Planeten von entscheidender Bedeutung ist, um Leben zu erhalten. Diese Aktivität kann zum einen helfen, den Kohlenstoffkreislauf zu regulieren, und einige Studien haben sich intensiv mit der Materie beschäftigt.
Die tektonischen Platten der Erde. Ohne Platten und geologische Aktivität sind Planeten wahrscheinlich nicht in der Lage, Leben zu ernähren. Diamantplaneten wie die in dieser Studie sind wahrscheinlich zu hart für Tektonik und geologische Aktivität. Bildnachweis: msnucleus.org
Allen-Sutter und die anderen Autoren dieser neuen Forschung sind der Meinung, dass diese kohlenstoffreichen Planeten zu schwer wären, um geologisch aktiv zu sein. Sie denken auch, dass die Atmosphären wahrscheinlich für das Leben unerschwinglich sind. Sie weisen jedoch darauf hin, dass die Exoplaneten-Wissenschaft mehr umfasst als nur die Bewohnbarkeit.
„Unabhängig von der Bewohnbarkeit ist dies ein zusätzlicher Schritt, der uns hilft, unsere ständig zunehmenden und verbesserten Beobachtungen von Exoplaneten zu verstehen und zu charakterisieren“, sagte Allen-Sutter. „Je mehr wir lernen, desto besser werden wir in der Lage sein, neue Daten von bevorstehenden zukünftigen Missionen wie dem James Webb Space Telescope und dem Nancy Grace Roman Space Telescope zu interpretieren, um die Welten jenseits unseres eigenen Sonnensystems zu verstehen.“
Mehr:
- Pressemitteilung: Kohlenstoffreiche Exoplaneten können aus Diamanten bestehen
- Neue Forschung: Oxidation des Inneren von Karbid-Exoplaneten
- Universum heute: Was hat die äußere Hülle der Erde geknackt und ihre Plattentektonik gestartet?