Солнечная система представляет собой коллекцию весьма разнообразных по составу и строению планет, однако их природа изначальна была ограничена теми веществами, которые остались после формирования Солнца. Руководствуясь этой логикой, учёные пришли к выводу, что в пределах Млечного Пути могут существовать и «алмазные» планеты, вращающиеся вокруг богатых углеродом звёзд.
Звёзды Вселенной не имеют единого стандарта, который определял бы их состав. По оценкам учёных, в нашей родной галактике примерно 12-17% планетарных систем сформировались в пределах действия силы гравитации звёзд, богатых углеродом. Под этим описанием подразумеваются звёзды, в составе которых соотношение кислорода и углерода сложилось в пользу последнего. К примеру, наше Солнце не подпадает под такую характеристику, поскольку оно на 0,77% состоит из кислорода и всего на 0,29% из углерода.
Исследователи предполагают, что среди тысяч зарегистрированных экзопланет хотя бы некоторая доля может приходиться на «алмазные». Эта идея зародилась в научном сообществе после обнаружения планеты 55 Cancri e, которая вращается вокруг звезды 55 Cancri A (Коперник), расположенного в 40,9 светового года от Солнца элемента двойной звёздной системы в созвездии Рака. Этот жёлтый карлик действительно оказался «углероднее» Солнца, однако, по расчётам учёных, даже представленного в нём содержания углерода (0,78%) оказалось бы недостаточно, чтобы в его остаточном пылевом диске сформировались «алмазные» планеты. Хотя на экзопланете 55 Cancri e пришлось поставить крест, эта неудача не уняла энтузиазма исследователей, желающих доказать правдоподобность своей гипотезы.
В ходе дальнейших вычислений астрофизики разработали теорию, согласно которой большинство планет, сформировавшихся в непосредственной близости от углеродных звёзд, будут состоять преимущественно из карбидов – соединений углерода с другими элементами. Гипотетически, на ранних этапах формирования планеты из карбида кремния присутствие воды могло окислить вещество и разложить его на кремний и углерод. При воздействии высоких температур и сильного давления в такой планете атомы углерода могли образовать кристаллическую решётку алмаза.
Для проверки данной гипотезы учёные погрузили в воду щепотку карбида кремния. Эту смесь они поместили в камеру с алмазными наковальнями, которая сжала образец давлением в 50 гигапаскалей, что примерно в 500 тысяч раз больше, чем давление атмосферы Земли на уровне моря. Затем исследователи нагрели сжатый с водой карбид при помощи лазера. Результаты всех 18 прогонов эксперимента совпали с предсказанным астрофизиками сценарием. По итогу испытаний они пришли к выводу, что для успеха превращения карбида кремния в алмаз необходимо разогреть его до 2226,85 °C под давлением в 50 Гпа в присутствии воды.
Учитывая реальность подобного сценария, в дальнейшем астрофизики планируют научиться идентифицировать подобные «алмазные» планеты при помощи анализа их профиля плотности. В качестве подсказок будут выступать показатели содержания углерода в составе их домашних звёзд. Бесспорным пока что остаётся лишь тот факт, что такие планеты являются непригодными для жизни. Их атмосферы не могут быть благоприятными для развития живых организмов – по крайней мере, в той форме, которая знакома нам сегодня. Несмотря на бесперспективность таких планет в аспекте «землеподобности», полученные в ходе их поиска и изучения данные всё равно представляют для науки немалую ценность. Прежде всего они способствуют расширению общепринятых представлений о Вселенной, а также действую в пользу совершенствования методов поиска и исследования экзопланет.
Источник: Oxidation of the Interiors of Carbide Exoplanets / Allen-Sutter, E. Garhart, K. Leinenweber, V. Prakapenka, E. Greenbergand S.-H. Shim / American Astronomical Society