Giả thuyết về sự hình thành ‘hành tinh kim cương’

Nghiên cứu mới tiết lộ những hành tinh giàu carbon trong hoàn cảnh thích hợp có thể tạo ra kim cương và silica.

Mô phỏng hành tinh giàu carbon chứa hàm lượng kim cương cao bên trong. Ảnh: A Shim/ASU.

Các ngôi sao hoặc hành tinh có nguồn gốc từ cùng một đám mây khí bụi sẽ có thành phần khối lượng tương tự nhau khi hình thành. Nếu ngôi sao có tỷ lệ carbon trên oxy thấp hơn Mặt Trời, các hành tinh quay quanh nó sẽ có thành phần chính là silicat và oxit, với hàm lượng kim cương rất nhỏ giống như Trái Đất của chúng ta (khoảng 0,001%).

Mặt khác, nếu ngôi sao có tỷ lệ carbon trên oxy cao hơn Mặt Trời, nhiều khả năng nó có các hành tinh giàu carbon quay quanh, được gọi là hành tinh cacbua. Trong điều kiện thích hợp, bao gồm sự hiện diện của nước, silic cacbua (SiC) có thể được chuyển hóa thành kim cương và silica, theo báo cáo mới trên tạp chí Planetary Science.

Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang Arizona (ASU) và Đại học Chicago của Mỹ đã mô phỏng thành phần bên trong của ngoại hành tinh cacbua dưới nhiệt độ và áp suất cao tại Phòng thí nghiệm Vật liệu Trái Đất & Hành tinh và Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne ở bang Illinois.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu nhúng silic cacbua vào nước và nén mẫu giữa các tế bào đe kim cương – thiết bị cho phép nén một mảnh vật liệu nhỏ đến áp suất cực lớn. Sau đó, họ tiến hành đốt nóng mẫu bằng laser để silic cacbua phản ứng với nước.

Hai tế bào đe kim cương được đặt trên giá đỡ bằng đồng. Ảnh: Shim/ASU.

Trong điều kiện áp suất lên tới 50 GPa và nhiệt độ đạt 25.000 K, silic cacbua đã chuyển hóa thành silica và kim cương đúng như dự đoán, theo phương trình phản ứng: SiC 2H20 Si02 C 2H2.

Do đó, nếu các hành tinh cacbua kết hợp với nước trong điều kiện thích hợp, chúng có thể bị oxy hóa và tạo ra rất nhiều kim cương bên trong cấu trúc của chúng. Nhóm nghiên cứu cho biết thêm rằng việc chuyển hóa silic cacbua sang kim cương và silica sẽ làm giảm mật độ của hành tinh, khiến mối quan hệ giữa bán kính và khối lượng thay đổi.

Mặc dù chứa hàm lượng lớn khoáng sản giá trị, sự sống khó có thể tồn tại trên các hành tinh kim cương. Theo tác giả chính của nghiên cứu Harrison Allen-Sutter từ ASU, kim cương và silica quá rắn chắc để hoạt động địa chất xảy ra. Việc thiếu các hoạt động địa chất có thể khiến bầu khí quyển trở nên “không thể ở được” cũng như duy trì áp suất cần thiết để nước lỏng tồn tại.