Een nabootsing van de omstandigheden in de ijsreus resulteert in ‘diamantenregens’ op aarde.

Het hart van Neptunus en Uranus bestaat uit een vaste kern die omringd wordt door dikke lagen ‘ijs’. Dat ‘ijs’ bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen, water en ammoniak. Al jaren vermoeden onderzoekers dat de enorme druk waarvan op meer dan 10.000 kilometer onder het oppervlak van deze planeten sprake is, ervoor zorgt dat de koolwaterstoffen gesplitst worden en diamanten ontstaan. Die diamanten zouden vervolgens dieper in het hart van de planeet wegzakken.

Experiment
Een fraaie hypothese, maar klopt deze ook? “Tot op heden is niemand in staat geweest om deze glimmende regens in een experimentele setting direct waar te nemen,” vertelt onderzoeker Dominik Kraus. Maar dat is Kraus en collega’s nu wel gelukt. “In ons experiment hebben we een speciaal soort plastic – polystyreen, dat ook bestaat uit een mix van koolstof en waterstof – blootgesteld aan omstandigheden die vergelijkbaar zijn met de omstandigheden in Neptunus of Uranus.”

Simulatie
De onderzoekers simuleerden de omstandigheden in het hart van de planeten door twee schokgolven te creëren in het plastic. “De eerste kleinere, tragere golf wordt ingehaald door een krachtigere tweede golf,” legt Kraus uit. “De meeste diamanten ontstaan op het moment dat beide golven overlappen.” Tijdens het experiment bleken bijna alle koolstofatomen samengedrukt te worden tot nano-diamantjes.

Enorme diamanten
Afgaand op hun resultaten verwachten de onderzoekers dat de diamanten op Neptunus en Uranus veel groter zijn: mogelijk hebben ze een massa van miljoenen karaten. De onderzoekers denken daarnaast dat de diamanten over een periode van duizenden jaren langzaam door de ijslagen van de planeet heen zakken en zich uiteindelijk verzamelen in een dikke laag rond de kern.

Dit onderzoek geeft niet alleen een beter beeld van ijsreuzen zoals Neptunus en Uranus. De nano-diamantjes die de onderzoekers hebben gecreëerd kunnen tevens gebruikt worden op aarde. Bijvoorbeeld in elektronische instrumenten of tijdens medische procedures. Op dit moment worden nano-diamantjes voor dergelijke doeleinden op andere manieren gemaakt. Maar voor de aanpak van Kraus en collega’s is zeker wat te zeggen: deze is beter controleerbaar en schoner.

“Eerder konden onderzoekers alleen maar aannemen dat de diamanten gevormd werden,” stelt Kraus. “Toen ik de resultaten van dit laatste experiment zag, was dat één van de hoogtepunten uit mijn wetenschappelijke carrière.” Eerdere pogingen om de diamanten op aarde te creëren en hun ontstaan op Neptunus te bewijzen, liepen op niets uit, omdat de extreme omstandigheden waaronder de diamanten ontstaan maar kort kunnen worden nagebootst. En daardoor is het lastig om de chemische reactie vast te leggen. Maar dat is Kraus en collega’s wel gelukt. En daarmee is het de eerste overtuigende observatie van het ontstaan van diamanten onder omstandigheden zoals we die hoogstwaarschijnlijk in Neptunus zouden aantreffen.