Ecco perché su Nettuno e Urano “piovono diamanti” e non acqua

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Un nuovo esperimento riproduce lo strano fenomeno che caratterizza i due giganti gassosi meno conosciuti del Sistema Solare.

La pioggia che cade su Nettuno e Urano non è come quella che conosciamo. Non essendoci acqua allo stato liquido, il fenomeno che caratterizza questi due giganti ghiacciati risulta paragonabile ad una “pioggia di diamanti”. L’ipotesi è che l’intenso calore e la pressione a migliaia di chilometri sotto la superficie di questi pianeti provochi la scissione dei composti  idrocarburici, comprimendo il carbonio in qualcosa di molto vicino ai diamanti e facendolo sprofondare verso i nuclei planetari. Nel nuovo studio pubblicato su Nature Communications, gli scienziati mostrano finalmente come ciò sia possibile.

Attraverso sperimentazioni a raggi X, il team ha utilizzato il Linac Coherent Light Source (LCLS) dello SLAC National Accelerator Laboratory e ha scoperto che il carbonio si trasforma direttamente in diamante cristallino. “Questa ricerca fornisce dati su un fenomeno che è molto difficile da modellare a livello computazionale”, spiega il fisico Mike Dunne, direttore dell’LCLS, “la miscibilità di due elementi, o il modo in cui si trasformano quando miscelati. Qui vediamo come due elementi si separano”.

Nettuno e Urano sono i pianeti meno conosciuti del Sistema Solare, soprattutto a causa della loro distanza proibitiva – soltanto la sonda Voyager 2 si è mai avvicinata a loro e solo per un breve passaggio. Ma i giganti ghiacciati sono estremamente comuni nella Via Lattea: secondo la NASA, gli esopianeti simili a Nettuno sarebbero circa 10 volte più numerosi rispetto a quelli simili a Giove. Le atmosfere di Nettuno e Urano sono costituite principalmente da idrogeno ed elio, con una piccola quantità di metano. Il loro nucleo è avvolto da un fluido di materiale ghiacciato e, come già intuivano studi precedenti, ad una certa temperatura e pressione il metano può scomporsi in diamanti.

Nella nuova ricerca, condotta dal fisico Dominik Kraus dell’Helmholtz-Zentrum di Dresda-Rossendorf, è la diffrazione a raggi X a spiegare la strana pioggia. “Ora abbiamo un nuovo approccio molto promettente basato sulla diffusione dei raggi X”, ha affermato Kraus. “I nostri esperimenti stanno fornendo importanti parametri modello su cui prima avevamo solo un’enorme incertezza. Ciò diventerà sempre più rilevante man mano che scopriremo altri esopianeti”.

Il sistema LCLS si occupa della difficile sfida di replicare l’interno dei pianeti come Nettuno e Urano e i fenomeni che li caratterizzano. Per la ricerca, il team ha utilizzato l’idrocarburo polistirolo (C8H8) al posto del metano (CH4). Il primo passo è riscaldare e pressurizzare il materiale, in modo da riprodurre le condizioni interne di Nettuno ad una profondità di circa 10.000 km. Si generano quindi delle onde d’urto che riscaldano il polistirolo fino a 4.727 °C. “Produciamo circa 1,5 milioni di bar, che equivale alla pressione esercitata dal peso di circa 250 elefanti africani sulla superficie di una miniatura”, ha spiegato Kraus.

Il team ha quindi misurato il modo in cui i raggi X si disperdevano dagli elettroni nel polistirolo, osservando direttamente la conversione del carbonio in diamante, ma anche ciò che accade al resto del campione, che si divide in idrogeno. Alla fine, non resta traccia del carbonio. “Nel caso dei giganti di ghiaccio ora sappiamo che il carbonio forma quasi esclusivamente diamanti quando si separa e non assume una forma di transizione fluida”, ha detto Kraus. Con questo nuovo approccio sarà possibile simulare gli interni di altri pianeti e comprendere meglio come alcuni elementi – come ad esempio l’idrogeno e l’elio all’interno di giganti gassosi come Giove e Saturno – si mescolano e si separano in queste condizioni estreme.