Un diamante per studiare i pianeti giganti

Riproduzione artistica del pianeta Giove

Di cosa sono fatti i pianeti giganti? E come è possibile studiarli senza dover affrontare un viaggio di centinaia di milioni di chilometri? Ci sono riusciti alcuni ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory, dell’Università Berkeley (California) e dell’Università  di Princeton usando il National Ignition Facility (il più grande strumento di ricerca con laser al mondo), col quale hanno ricreato e misurato accuratamente le proprietà dei materiali che compongono pianeti come Giove, Saturno, Urano, Nettuno e molti altri che ci trovano al di fuori del Sistema Solare.

Lo studio, con il quale i ricercatori hanno cercato di ottenere nuovi dettagli sull’evoluzione dei giganti gassosi, si è focalizzato sull’analisi del carbonio, il quarto elemento più abbondante nell’Universo (dopo l’idrogeno, l’elio e l’ossigeno) e uno dei principali componenti di questi pianeti. Il team di esperti guidati dal fisico Ray Smith ha usato il laser NIF per comprimere, come mai era stato fatto finora, alcuni campioni di diamante (che non è altro che una delle tante forme in cui si presenta il carbonio) fino a 50 milioni di volte la pressione atmosferica della Terra (paragonabile alla pressione esercitata al centro di Saturno). Il gruppo di scienziati ha utilizzato 176 laser (dei 192 disponibili) per produrre un’onda di pressione che ha compresso il materiale per un breve periodo di tempo. Il risultato? Il campione è stato vaporizzato in meno di 10 miliardesimi di secondo.

Come tutti sappiamo il diamante è il materiale cristallino più duro e meno comprimibile che esista sul nostro pianeta. Nonostante ciò gli scienziati sono riusciti a portarlo, come mai in precedenza, a una densità maggiore di quella del piombo che è tra i più densi in natura. Non è un risultato totalmente nuovo perché pressioni simili sono state raggiunte anche con esperimenti precedenti, ma usando onde d’urto che producono anche alte temperature – centinaia di migliaia di gradi – che non sono realistiche nel caso dell’interno di questi pianeti. La sfida per i ricercatori è stata quindi quella di mantenere temperature relativamente basse durante tutto l’esperimento: il risultato è stato raggiunto modificando lentamente l’intensità del laser durante il processo.

“Queste tecniche sperimentali che abbiamo sviluppato ci forniscono un nuovo modo per riprodurre in laboratorio le condizioni di pressione-temperatura che troveremmo all’interno di un pianeta gigante”, ha detto Ray Smith.

I dati ottenuti sono tra i primi risultati dall’avvio della meccanica quantistica 80 anni fa. Ma se in generale la teoria e la pratica sembrano essere concordi, sono state scoperte anche delle importanti differenze che suggeriscono nuovi potenziali tesori nascosti nelle proprietà dei diamanti compressi. Nuovi esperimenti con i laser NIF si concentreranno proprio su questi misteri.

Per saperne di più:

Clicca QUI per leggere l’abstract dello studio pubblicato su Nature lo scorso 17 giugno: “Diamond squished to reveal secrets of giant planets“, di Ray Smith et al.

Fonte: Media INAF | Scritto da Eleonora Ferroni