И НЕБО В АЛМАЗАХ

Многие, наблюдая звёздное небо, поэтически сравнивают звёзды с россыпью алмазов на чёрном бархате небес. Астрономические открытия последних лет говорят, что Вселенная действительно полна алмазов. (Хотя это скорее умозрительные утверждения, чем истинное описание реальности – ведь увидеть и «пощупать» эти феномены в далёком космосе невозможно).

Считается, что алмаз является одним из первых минералов, образовавшихся после Большого взрыва. И внеземные алмазы очень распространены во Вселенной. На некоторых планетах идёт алмазный дождь, другие планеты «сделаны» из алмазов, и алмазы есть даже в звёздах. По крайней мере, мировая научная пресса любит это обсуждать. Чётких теорий о том, почему алмазы образуются в космосе, нет.

Давно известно, что метеориты, падающие на Землю, содержат крошечные осколки алмазов. Алмазы – достаточно маленькие, чтобы содержать всего около 2000 атомов углерода – в изобилии содержатся в метеоритах, а некоторые из них образовались в звёздах еще до существования Солнечной системы.

Дождь из алмазов

«Солнечная система ещё более потрясающе ненормальна, чем вы думали», – писали американские газеты: на Уране и Нептуне учёные прогнозируют ливни из твёрдых алмазов.

Уран и Нептун – два ледяных гиганта, которые приобретают ярко выраженный голубой цвет из-за метановых атмосфер. Хотя обе планеты в основном состоят из жидкостей и газов, их ядра каменные. С точки зрения погоды, с этими ледяными гигантами связаны сильные ветры, и «Вояджер-2» однажды отследил шторм на Нептуне, который был достаточно большим, чтобы вместить всю Землю, по данным НАСА.

В 1981 г. Мартин Росс написал статью под названием «Слой льда на Уране и Нептуне – алмазы в небе?» В ней он предположил, что во внутренних частях этих планет могут быть обнаружены огромные количества алмазов. Он проанализировал данные ударно-волнового сжатия метана (CH₄) и обнаружил, что экстремальное давление отделило атом углерода от водорода, высвободив его для образования алмаза.

Теоретическое моделирование Сандро Скандоло и других предсказало, что алмазы будут образовываться при давлении более 300 гигапаскалей (ГПа), но даже при более низких давлениях метан будет разрушаться и образовывать цепочки углеводородов. Эксперименты под высоким давлением в Калифорнийском университете в Беркли с использованием ячейки с алмазной наковальней обнаружили оба явления всего при 50 ГПа и температуре 2500 градусов по Кельвину (1° К = − 273,15° C), что эквивалентно глубине в 7000 км ниже вершин облаков Нептуна. Другой эксперимент в Геофизической лаборатории показал, что метан становится нестабильным всего при 7 ГПа и 2000 градусов по Кельвину. После образования более плотные алмазы тонут. Этот «алмазный дождь» преобразует потенциальную энергию в тепло и помогает вызвать конвекцию, которая генерирует магнитное поле Нептуна.

Существуют некоторые неопределённости в том, насколько хорошо результаты экспериментов применимы к Урану и Нептуну. Вода и водород, смешанные с метаном, могут изменять химические реакции. Физик из Института Фрица Габера в Берлине показал, что углерод на этих планетах недостаточно концентрирован для образования алмазов с нуля. Предположение о том, что алмазы также могут образовываться на Юпитере и Сатурне, где концентрация углерода намного ниже, считалось маловероятным, поскольку алмазы быстро растворились бы.

Эксперименты по превращению метана в алмазы обнаружили слабые сигналы и не достигли температур и давлений, ожидаемых на Уране и Нептуне.

***

Учёные выдвинули гипотезу, что условия высокого давления на Уране и Нептуне могут сжимать водород и углерод вместе, создавая алмазный дождь. Впервые в ходе эксперимента удалось напрямую измерить образование алмазов, согласно новому исследованию.

Драгоценные камни образуются в богатых углеводородами океанах слякоти, которые покрывают твёрдые ядра газовых гигантов.

Учёные давно предполагали, что экстремальное давление в этом регионе может расщепить эти молекулы на атомы водорода и углерода, последние из которых затем кристаллизуются, образуя алмазы. Считалось, что эти алмазы подобно дождю оседают в океане, пока не попадают в твёрдое ядро.

Но никто не мог доказать, что это действительно сработает – до сих пор. В исследовании, опубликованном в августе 2017 г. в журнале Nature Astrophysics, исследователи говорят, что им удалось создать этот «алмазный дождь» с помощью необычного пластика и мощных лазеров.

Исследователи создали ударные волны в пластике с помощью источника когерентного света Linac, первого в мире рентгеновского лазера на свободных электронах в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Стэнфордского университета. Команда из 15 человек провела пять дней под землёй в замкнутом пространстве. Конечный результат: атомы углерода пластика образовали небольшие алмазные структуры, называемые наноалмазами, когда две ударные волны наложились друг на друга.

Наноалмазы обычно образуются в результате столкновений, таких как взрывы, и их размер составляет чуть менее миллионной доли метра.

Ведущий автор исследования Доминик Краус, физик из исследовательского центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф в Германии, ожидал увидеть крошечные намёки в данных, а не реальные результаты. Его сотрудники предупредили, что они могут вообще не наблюдать образования алмазов. В конце концов, эксперименты других учёных не смогли воссоздать это явление в лаборатории. Но всего через несколько минут после начала эксперимента Краусу стало «невероятно ясно», что он добился успеха.

«Было очень удивительно, что мы получаем такую чёткую подпись алмаза и что алмазы формируются так быстро», – написал Краус в электронном письме. «Безусловно, это один из лучших моментов в моей научной карьере».

На Нептуне и Уране эти алмазы были бы намного крупнее: думаю, миллионы карат по весу. Но как бы выглядел алмазный дождь?

«Это будут в буквальном смысле твёрдые, вероятно, сферические необработанные алмазы, которые продолжают расти, падая вниз, к ядрам Нептуна и Урана», – написал Краус. «Однако алмазы не выпадают быстро в газовой атмосфере, как дождь на Земле, а тонут в очень плотной и горячей жидкости, которая образует гигантские ‘ледяные’ слои внутри этих планет».

Будучи не в состоянии проникнуть в скалистое ядро, алмазы образовали бы вокруг него слой. Краус считает, что это может помочь учёным понять таинственный источник тепла на Нептуне, который пока необъясним: причиной может быть гравитационная энергия алмазных осадков, преобразующаяся в тепло по мере погружения. При химической реакции, вызывающей алмазный дождь выделяется водород.

Учёные пытались сделать это раньше – кто бы не хотел, чтобы из Урана посыпались драгоценные камни? Но они столкнулись с проблемами, имитирующими невероятное давление вблизи газовых ядер планеты. Масса Нептуна и Урана в 17 и 15 раз больше массы Земли соответственно, и их океаны раздавливаются давлением, в миллионы раз превышающим давление воздуха на уровне моря Земли.

Чтобы соответствовать этой абсурдной интенсивности, Краус и его коллеги использовали два типа лазеров – оптический и рентгеновский – для создания ударных волн. Затем эти волны проходили через блок полистирола – разновидности пластика, состоящего из водорода и углерода, точно так же, как океаны Урана и Нептуна.

«Первая меньшая и более медленная волна сменяется другой, более сильной, второй волной», – объяснил Краус в пресс-релизе. Комбинация двух волн сжала пластик до 150 гигапаскалей – больше, чем существует в нижней части земной мантии, – и нагрела его более чем до 8500 ° C. В этот момент начали формироваться алмазы.

Процесс длился всего долю секунды, и алмазы были не больше нанометра в длину. Но Краус и его коллеги считают, что алмазы, которые образуются на Уране и Нептуне, вероятно, крупнее и долговечнее.

«На планете есть годы, миллионы лет и широкий спектр условий, при которых это действительно может произойти», – сказал The Guardian соавтор Дирк Герике из Уорикского университета.

Результаты будут полезны не только для понимания внешних газовых гигантов, но и для улучшения процесса изготовления алмазов. Большинство выращенных в лабораторных условиях камней производятся методом дробеструйной обработки. Но Краус и Герике предполагают, что использование лазеров может сделать производство более чистым и простым. Затем эти камни можно использовать для производства полупроводников, буровых долот и солнечных панелей, не говоря уже об инструментах, имитирующих условия внутри тех самых газовых планет, которые вдохновили на это исследование.

Тот факт, что исследователи смогли создавать наноалмазы из пластика в лаборатории, а не путём взрывов, открывает возможности для их производства. Наноалмазы используются для получения медицинской визуализации, доставки лекарств и в электронике.

«Высокоэнергетические лазеры могут обеспечить более элегантный и контролируемый метод, а также альтернативу ‘детонационным наноалмазам’, которые могут быть более чистыми», – сказал Краус. «Это ещё предстоит продемонстрировать, но мы работаем над этим».

Учитывая, что НАСА рассматривает потенциальные миссии к Урану и Нептуну, алмазный дождь может быть в списке пожеланий для изучения и наблюдения.

Алмазы на Юпитере и Сатурне

В июле 2020 г. мировая пресса сообщила о новом исследовании, согласно которому на Юпитер и Сатурн, по-видимому, сыплются алмазы. Это астрономическое открытие было представлено исследователями из Университета Висконсин-Мэдисон и Лаборатории реактивного движения НАСА на ежегодном собрании Отдела планетарных наук Американского астрономического общества в Денвере. По словам доктора Бейнса, образование алмазов, скорее всего, происходит в верхних слоях атмосферы. Как только алмазы попадают на экстремальную глубину, огромное давление и температура становятся настолько высокими, что трудно понять, что на самом деле происходит с углеродом внизу и остаётся ли он твёрдым.

Шестая планета Солнечной системы состоит из огромной газовой массы, а условия окружающей среды и химический состав на ней настолько отличаются от планеты Земля, что дождь состоит не из воды, а из алмазов. Учёные полагают, что ежегодно в его атмосфере образуется около 10 млн тонн этих камней.

Это явление происходит благодаря сочетанию газообразного метана (CH₄) с штормовой активностью. Грозы на Сатурне имеют чрезвычайно высокие температуры, в 10.000 раз мощнее земных, и они разрушают связи молекул, разделяя атомы водорода с одной стороны и углерода с другой.

Атомы углерода соединяются вместе, создавая более крупные молекулы, которые образуют соединение, подобное саже. Это чёрное облако, вырывающееся из выхлопных газов автомобиля, далеко не похоже на алмаз. Новая молекула относительно тяжёлая и, притягиваемая гравитацией планеты, начинает опускаться вниз. Чем больше его выпадает, тем выше температура и давление, которым он подвергается.

Именно эти условия преобразуют углерод: сначала он превращается в графит – тот же материал, что и в карандаше, – а затем в алмазы, которые продолжают падать вглубь планеты. Говорят, что самые крупные алмазы, образующиеся на планетах, достигают сантиметра в диаметре. Таким образом, они достаточно велики, чтобы их можно было вставлять в обручальные кольца и другие украшения с бриллиантами, как шутят американские газеты.

Короче говоря, грозы превращают метан в сажу, которая при падении затвердевает в куски графита, а затем в алмазы. Алмазы, по-видимому, падают подобно градинам и плавятся в горячих ядрах планет.

Вопросов о том, что происходит на Сатурне, больше, чем ответов. Могут ли там существовать гигантские алмазы? Пока неизвестно, но эксперты полагают, что вместо крупных кусков алмаза с большей вероятностью будут обнаружены более крупные конденсированные алмазные облака. Более того, если бы там были алмазы, они находились бы в глубинах планеты, где температура превышает 3000° C, а давление в миллион раз превышает давление на поверхности Земли.

Это поднимает фундаментальный вопрос о возможности добычи алмазов в космосе. Можно ли создать робота-горняка, способного выдержать такие температуры и давления? Парадоксально, но только робот-алмазоносец мог бы выдержать это.

***

На американском ТВ-канале CNBC в июне 2017 г. программа «Путеводитель по неприлично богатым» обсуждала добычу полезных ископаемых в космосе. Так, миллиардеры готовились добывать на Луне дорогой гелий-3, который, по данным НАСА, редко встречается на Земле.

Околоземные астероиды содержат залежи железа стоимостью около $11 квадриллионов (это $11.000.000.000.000.000). Это более чем в 730.000 раз превышает чистый капитал крупнейшего железорудного магната Земли, австралийки Джины Райнхарт, которая заработала около $14 млрд.

Сможем ли мы получить доступ к алмазам в космосе? Теоретически это, безусловно, возможно, и есть много компаний, которые уже выделяют ресурсы на создание оборудования и технологий, необходимых для разработки астероидов в пределах нашей Солнечной системы просто для поиска алмазов и других драгоценных металлов и материалов. Некоторые набрались смелости заявить, что мы сделаем это в течение следующего десятилетия.

Однако не все настолько оптимистичны. Многие учёные ставят под сомнение возможность прибыльной добычи на астероидах. Одной миссии НАСА удалось вернуть 60 граммов астероида на Землю для научного изучения, но это обошлось в $1 млрд.

Итак, добыча полезных ископаемых в космосе может быть возможна в будущем, но вряд ли она будет прибыльной для грядущих поколений.

Но самым невероятным потенциальным космическим богатством может быть «алмазная планета», более техническое название которой – 55 Cancri e. Эта экзопланета в два раза больше Земли и, возможно, на треть состоит из алмазов. Согласно этой ТВ-программе, этот алмазный тайник может стоить $26 nonillion (это 30 нулей).

Люси в небе

В 1967 г. The Beatles выпустили один из своих величайших хитов Lucy In The Sky With Diamonds [«Люси в небе с бриллиантами»]. Изначально песня была вдохновлена портретом, нарисованным сыном Джона Леннона, юным Джулианом, девушки в буквальном смысле слова среди звёзд, которые сверкали, как бриллианты.
В 2004 г. астрономы Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики [Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics] сделали поразительное открытие. Первоначально идентифицированный как V886 Центавра [V886 Centauri] или BPM 37093, этот белый карлик имеет около 4000 км в диаметре и, возможно, является самым крупным природным алмазом, который «кто-либо когда-либо видел». Вдохновлённые The Beatles, учёные, открывшие объект, окрестили его Люси. Это 886-я переменная звезда в созвездии Центавра. Она расположена на расстоянии 50 световых лет (4,7×1014 км) от нас.

Размер этого алмаза – ошеломляющие 10 миллиардов триллионов триллионов карат, по сравнению с которыми крупнейшие природные алмазы на планете Земля кажутся невидимыми. Это 5 миллионов триллионов триллионов фунтов (т. к. фунт равен 0,45 кг, в килограммах это вдвое меньше).

Диаметр Солнца составляет 870.000 миль (1,4 млн км). Люси крошечная, её диаметр составляет всего 2500 миль (4000 км). Солнце в 109 раз больше диаметра Земли. Люси всего в 2-3 раза больше Земли. Это мало для звезды. Однако масса Люси примерно такая же, как у нашего Солнца. В крошечном шарике слишком много веса. Хотя сейчас Люси – мёртвая звезда, раньше она светила как наше Солнце. Сейчас Люси очень тусклая, её яркость составляет всего 1/2000 от видимой яркости Солнца.

Что такое Люси? Люси – самый массивный пульсирующий белый карлик, известный в настоящее время. Как и другие белые карлики, Люси, вероятно, состоит в основном из углерода и кислорода, образовавшихся в результате термоядерного синтеза ядер гелия в прошлом. У Люси очень разреженная атмосфера из водорода и гелия. Атмосфера нашего Солнца в основном состоит из водорода и гелия.

Этот карлик сиял так ярко, что его можно было даже увидеть в созвездия Центавра. Учёные наблюдали низкий гул из созвездия, который, как было подтверждено в 2004 г., принадлежал белому карлику – гигантской умирающей звезде, поверхность которой полностью кристаллизовалась в алмазы (по нашей человеческой гипотезе – как на самом деле, никто не знает).

Люси больше нашей Луны. Для алмаза такого качества потребовалась бы ювелирная лупа размером с Солнце!

Его первооткрыватели-астрофизики из Гарвард-Смитсоновского центра определили его только как «кусок кристаллизованного углерода» в 1992 г. Позже было замечено, что у Люси пульсирующая аура в результате падения температуры её ядра ниже 12.000° F (6600° C). Учёные продолжили изучение частотного спектра звезды, чтобы определить её состав, используя новую науку, называемую астеросейсмологией. Они использовали радиоволны, чтобы понять, что ядро звезды превращается в алмазы, в процессе, аналогичном тому, как геологи изучают недра земли во время землетрясений и других подобных природных явлений. Исследования показали, что после многих лет взаимодействия с углеродным ядром около 90% ядерной массы Люси кристаллизовалось в алмаз. Она приняла форму самого большого бриллианта, которого попросту нет в этом мире.

Белые карлики – это остатки мёртвых звёзд, и их сверхплотные ядра в основном состоят из углерода и кислорода. В течение миллиардов лет горячее ядро в конце концов остывает, превращая жидкие элементы в твёрдые и превращая большую часть углерода в кристалл под давлением огромной гравитации белого карлика. Этот процесс очень похож на процесс формирования алмазов на Земле.

«Это замечательный конец долгой жизни звезды и поэтический финал масштабного небесного процесса. Очень возможно, что наше собственное солнце может превратиться в массивный природный алмаз через миллиарды лет!» – утверждают американские учёные.

Астрономы говорят, что точно так же наше Солнце израсходует своё ядерное топливо и умрёт через 5 млрд лет, а затем станет белым карликом, как Люси. Затем, примерно через 2 млрд лет после этого, угольное Солнце станет похожим на алмаз.

Откуда они это знают? Астрономы подозревали с 1960-х годов, что внутренности белых карликов будут кристаллизованы.

Во время своих предсмертных бросков ядро звезды, подобной Люси или нашему собственному Солнцу, обнажается и со временем медленно остывает. Такая звезда начинает пульсировать, когда температура поверхности ядра падает примерно до 12.000 ° F. Для сравнения, температура ядра Солнца сейчас составляет около 27.000.000° F (15.000.000° C). Температура его поверхности составляет около 11.000° F (6000° C).

Люси пульсирует, как гигантский гонг. Ее внутренние пульсации чем-то похожи на сейсмические волны внутри Земли. Астрономы измерили пульсации, чтобы выяснить, что углеродная оболочка Люси затвердела (кристаллизовалась).

Люси не видна с Земли невооружённым глазом. Её нужно рассматривать в телескоп, и лучше всего она видна из Южного полушария Земли в марте-июне.

Это открытие – первое в своем роде – «изменило всё»: оказывается, возможно увидеть природные алмазы за пределами Земли.

Люси первая в своём роде, она определенно не единственная.

У каждой звезды, которая висит на небосводе, ярко сияя светом, генерируемым атомным синтезом, однажды закончится топливо для своего костра, и она эволюционирует во что-то новое. Для подавляющего большинства звезд – тех, масса которых примерно в восемь раз меньше массы Солнца, включая Солнце, – это нечто является звездой белого карлика.

Когда топливо закончится, внешний материал звезды будет выброшен в окружающее пространство, а оставшееся ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением, создаваемым термоядерным синтезом, схлопнется в сверхплотный объект размером примерно с Землю (или Луну!), но массой в 1,4 Солнца.

Ещё один белый карлик

В июне 2014 г. американская пресса сообщила об открытии ещё одного белого карлика. Примерно в 900 световых годах от нас древний белый карлик PSR J2222-0137 остыл, превратившись в кристаллизованный кусок углерода – алмаз. Но это не просто старый алмаз, скрывающийся в космосе: он размером с Землю, и ему 11 млрд лет. Учитывая его температуру, учёные предполагают, что он может быть старше галактики Млечный Путь!

Звезда-алмаз, описанная в исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, является одним из самых холодных белых карликов, обнаруженных астрономами. На самом деле, он такой холодный и тусклый, что его даже не видно – его слабый свет недостаточно силён, чтобы пронзить темноту космоса, даже находясь относительно близко.

Учёные сделали вывод о присутствии кристаллизованного карлика, основываясь на том, как его гравитация нарушает обычно устойчивые радиоимпульсы, исходящие от вращающейся звезды-компаньона.

Система становится ещё холоднее. Карлик вращается вокруг пульсара – быстро вращающейся нейтронной звезды, известной под названием PSR J2222-0137. Система похожа на другую, которая была описана в 2011 г., с кристаллизованным белым карликом, вращающимся вокруг пульсара, но этот новый алмаз больше.

Если посмотреть на небо в направлении созвездия Водолея, это было бы примерно правильное направление, чтобы увидеть систему, которая на самом деле представляет собой пару мёртвых звёзд. Это вращающаяся нейтронная звезда – чрезвычайно плотный остаток некогда огромной звезды, закончившей свою жизнь взрывом сверхновой. И белый карлик – это всё, что осталось от некогда солнцеподобной звезды, сжавшейся в комок размером с Землю.

Предоставленные самим себе, карлики будут медленно остывать и выцветать до черноты в течение миллиардов лет (но иногда, с помощью звезды-компаньона, они могут взорваться и создать ослепительные сверхновые, которые затмевают целые галактики). В 2002 г. космический телескоп «Хаббл» заметил целое поле древних белых карликов.

Как бы то ни было, астрономы впервые заметили пульсар в 2007 г. Ещё два года измерений, начавшихся в 2010 г., помогли команде определить расстояние в 267,3 парсека, или около 871 светового года.

Имея на руках эту информацию и благодаря измерениям времени задержки света, идущего к нам на Землю, астрономы теперь могут начать снимать маску с друга пульсара. Они подсчитали, что спутник должен быть примерно в 1,05 раза массивнее Солнца (в пределах как белого карлика, так и нейтронной звезды), и что пульсар немного массивнее – 1,2 Солнца. Но учёные также определили, что пульсар и его спутник находятся на примерно круговой, а не эллиптической (или эксцентричной) орбите. Это наводит на мысль, что система не была поражена чем-то вроде второй сверхновой, образующей нейтронную звезду.

Астрономы рассудили, что на таком измеренном расстоянии такая звезда должна быть видна с Земли. Итак, команда попыталась получить визуальное представление об объекте, используя телескопы в Чили и на Гавайях. Они исследовали регион на нескольких длинах волн, в инфракрасном и видимом диапазоне. И потерпели неудачу.

Проблема была в том, что, как бы они ни старались, учёные просто не могли уговорить карлика открыться. Астрономы пишут, что это возможно только в том случае, если температура карлика превышает 3000 Кельвинов, что делает его одним из самых холодных белых карликов, когда-либо обнаруженных. И единственный способ, которым звезда могла остыть до такой температуры и быть НЕ старше галактики Млечный Путь, – это если бы она уже кристаллизовалась в алмаз.

Каплан говорит, что такие алмазные звёзды, вероятно, разбросаны по всей галактике – просто они слишком холодные и тусклые, чтобы мы могли их увидеть. «Но на такой высоте над миром удивительно красиво представить небо, полное древних сверкающих алмазов», – пишет американская пресса.

И ещё

В июне 2023 г. появилось сообщение о новом открытии. Астрономы обнаружили белый карлик, состоящий в основном из углерода и металлического кислорода, всего в 104 световых годах (32 парсек) от нас. Температурно-массовый профиль предполагает, что центр звезды превращается в плотный, твёрдый «космический алмаз», состоящий из кристаллизованного углерода и кислорода.

Описание открытия подробно дано в публикации в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества» группы астрономов, возглавляемой Александром Веннером из Университета Южного Квинсленда в Австралии.

Алмазный белый карлик был обнаружен в том, что считалось системой из трёх звёзд HD 190412, сообщили ученые, которая образует новую сириусоподобную систему по соседству с Солнцем. Белый карлик получил название HD 190412 C.

«Кристалл» внутри белого карлика может быть алмазом, полагают астрономы, или это может быть более плотная версия углерода.

Материя в звездах белого карлика сильно сжата. Белые карлики тусклые, но они всё ещё излучают остаточное тепло. Со временем они остывают и, как ожидается, эволюционируют в нечто, называемое звёздами-черными карликами, когда потеряют всё свое тепло и превратятся в холодный комок кристаллизованного углерода.

Астрофизики на новом этапе исследований не верят, что какая-либо звезда уже полностью кристаллизовалась в алмаз. Математические расчёты показывают, что этот процесс занимает очень много времени, около квадриллиона лет (это миллион миллиардов лет). (Квадриллион – это тысяча триллионов, а триллион – это тысяча миллиардов.)

Возраст Вселенной всего около 13,8 млрд лет. Поэтому такие звёзды должны были находиться только в начале своих превращений. Исследователи полагают, что в ходе этой новой работы они, возможно, обнаружили звезду на начальных стадиях такого изменения.

Что мы можем сделать, так это определить признаки кристаллизации, начинающейся в ядрах белых карликов, которые мы видим вокруг нас.

Во время кристаллизации атомы углерода и кислорода внутри белого карлика перестают свободно перемещаться и образуют связи, выстраиваясь в кристаллическую решетку. Во время этого процесса выделяется энергия, которая рассеивается в виде тепла.

Это приводит к своего рода плато или замедлению охлаждения звёзд-белых карликов, которое можно наблюдать по цвету и яркости звезды, из-за чего она кажется моложе, чем есть на самом деле.

Чтобы точно измерить яркость звезды, вам нужно с точностью знать, на каком расстоянии она находится, что стало гораздо более возможным в последние годы благодаря высокоточному картографированию звёзд, проведённому миссией Gaia. Это означает, что теперь мы можем идентифицировать кристаллизующиеся белые карлики с гораздо большей уверенностью.

И они обнаружили, что недавно открытая звезда белого карлика была гравитационно связана с тем, что считалось системой из трех звезд, названной HD 190412.

Открытие белого карлика, получившего название HD 190412 C, превратило триплет в квадруплет, но происходило нечто большее. Его свойства предполагают, что он проходит процесс кристаллизации.

Неизвестно, является ли этот кристалл белого карлика алмазом; плотность белых карликов составляет более 1 млн кг на кубический метр, в то время как плотность алмаза составляет около 3500 кг на кубический метр. Существуют более плотные аллотропы углерода; с другой стороны, в космосе плавает множество алмазов.

Три другие звезды в системе позволили команде ученых ограничить возраст белого карлика извне – чего раньше не делалось для известных кристаллизующихся белых карликов.

Возраст системы составляет около 7,3 млрд лет. Возраст белого карлика, по-видимому, составляет около 4,2 млрд лет. Расхождение составляет 3,1 млрд лет, что позволяет предположить, что скорость кристаллизации замедлила скорость охлаждения белого карлика примерно на 1 млрд лет.

Само по себе датирование недостаточно для изменения наших моделей кристаллизации белого карлика, но открытие и его близость к Земле предполагают, что может существовать гораздо больше подобных систем, которые мы можем использовать для сравнения этого увлекательного процесса.

«Мы предполагаем, что обнаружение этой системы всего в 32 парсеках от нас предполагает, что подобных Сириусу систем, содержащих кристаллизующиеся белые карлики, вероятно, множество. Следовательно, будущие открытия могут позволить провести более тщательные испытания моделей кристаллизации белого карлика», – пишут исследователи.

Исследователи рассчитали температуру звезды – около 11.420 градусов по Фаренгейту (6300 градусов Цельсия), – которая помещает её в диапазон кристаллизующегося белого карлика.

«Энигма»

В феврале 2022 г. чрезвычайно крупный и редкий чёрный бриллиант возрастом в миллиард лет, который, как считается, прибыл из космоса, был выставлен на онлайн-аукцион.

Камень весом 555,55 карат, получивший название «Энигма», стал звездой аукциона Sotheby’s, открытого для онлайн-торгов с 3 по 9 февраля 2022 г. «Энигма» впервые была представлена публике в Дубае, Лос-Анджелесе и Лондоне, прежде чем была выставлена на аукцион. В качестве оплаты будет приниматься криптовалюта, сообщили в Sotheby’s, что «отражает тот факт, что она начала оставлять свой след в мире физического искусства и объектов». [В США мне по интернету предложили за мои рисунки крипту – в районе $7000 за рисунок, но крипту в России ни получить, ни продать. Всё равно было приятно, что у моих рисунков на международном арт-рынке есть потенциал.]

В Sotheby’s говорили, что натуральный чёрный алмаз такого размера встречается крайне редко, а происхождение бриллианта «окутано тайной». Считается, что большой камень образовался либо в результате падения метеорита, либо, возможно, образовался из алмазоносного астероида, столкнувшегося с Землей.

Это самый крупный огранённый бриллиант из всех, которые когда-либо выставлялись на аукционах. В 2006 г. он был внесён в «Книгу рекордов Гиннесса» как самый большой в мире огранённый бриллиант.

Его форма вдохновлена ближневосточным символом в форме ладони Хамса – это знак защиты, могущества и крепости. Хамса также ассоциируется с цифрой пять, что символично, поскольку бриллиант не только имеет размер 555,55 карат, но и содержит ровно 55 граней.

Владелец более двух десятилетий бережно хранил этот бриллиант, а сам бриллиант никогда не выставлялся публично и не предлагался на открытом рынке. «Его продажа представляет собой уникальную возможность приобрести одно из самых редких космических чудес, возрастом в миллиард лет, известных человечеству», – говорили работники аукциона.

Сколько лет большинству алмазов?

В первые несколько миллиардов лет истории Земли происходило наибольшее образование алмазов. Это может показаться невероятным, но большинство алмазов старше большинства звёзд на небе. Таким образом, возраст самых старых алмазов превышает три миллиарда лет, а самых молодых – 900 млн лет. У учёных сложилось впечатление, что алмазы формировались на протяжении всей истории Земли.

Профессор Стивен Ричардсон был первым, кто определил возраст алмазов. Первый алмаз, подвергшийся выдержке, был обнаружен не так давно, если быть точным, в начале 1980-х годов.

Сами алмазы невозможно датировать, возраст определяет то, что находится внутри камня. Обычно учёные датируют алмазы по включениям и радиоактивному распаду. Исследуя включения и используя схему радиоактивного датирования, учёные могут получить некоторое представление о том, сколько лет алмазу на самом деле.

АМАЗЫ НА МЕРКУРИИ

Не успев закончить эту статью, я узнал о свежей гипотезе.

Как подробно описано в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications 14 июня 2024 г., исследователи полагают, что на Меркурии в каменистых недрах планеты имеется слой алмазов толщиной в 9-11 миль. Это впечатляющая теория, которая не только поражает воображение, но и может помочь объяснить многие загадочные свойства Меркурия.

В последние годы ученые разработали объяснение, почему у Меркурия такая тёмная поверхность. Используя данные зонда НАСА MESSENGER, который вращался вокруг планеты в 2011-15 гг., они обнаружили, что планета местами покрыта графитом (напомню, что на горячем Меркурии есть океаны жидких металлов).

Как туда попал графит, вызывает вопросы. Учёные полагают, что когда-то он, должно быть, был расплавленным, поднявшись из океана магмы где-то глубоко в мантии Меркурия – обширном слое, который находится между корой и ядром, – прежде чем окончательно остыть.

Однако менее ясно, насколько глубоко залегает этот источник углерода. И в зависимости от ряда факторов, связанных с глубиной, таких как давление и температура, могли образоваться и другие углеродные материалы, например, алмаз.

Именно эта последняя особенность вызвала любопытство Яньхао Линя, штатного научного сотрудника Центра перспективных исследований науки и технологий высокого давления в Пекине и соавтора исследования. Чрезвычайно высокое содержание углерода на Меркурии «заставило меня понять, что внутри него, вероятно, произошло что-то особенное», – сказал он в заявлении.

Меркурий, вероятно, сформировался так же, как и другие планеты земной группы: в результате охлаждения океана горячей магмы. В случае Меркурия этот океан, вероятно, был богат углеродом и силикатом. Сначала металлы в нём свернулись, образовав центральное ядро, в то время как оставшаяся магма кристаллизовалась в средней мантии планеты и внешней коре.

Возможное обнаружение серы в железном ядре планеты в 2019 г. ещё больше запутывает ситуацию: если бы этот элемент присутствовал, он мог бы разбавить океан магмы, повлияв на то, как она в конечном итоге кристаллизовалась.

В течение многих лет исследователи думали, что температура и давление мантии были достаточно высокими для того, чтобы углерод образовал графит, который, будучи легче мантии, всплывал на поверхность. Но исследование 2019 г. показало, что мантия Меркурия может быть на 80 миль (50 км) глубже, чем считалось ранее. Это значительно повысило бы давление и температуру на границе между ядром и мантией, создав условия, при которых углерод мог бы кристаллизоваться в алмаз.

Чтобы изучить эти возможности, исследователи смоделировали условия внутри Меркурия с помощью пресса-наковальни. Аппарат оказывал давление до 7 гигапаскалей на материалы, аналогичные тем, что обнаружены на планете.

Группа бельгийских и китайских исследователей, включая Лина, приготовила химические супы, в состав которых вошли железо, диоксид кремния и углерод. Считается, что такие смеси, похожие по составу на определенные виды метеоритов, имитируют магматический океан новорожденного Меркурия. Исследователи также залили эти супы различным количеством сульфида железа; они пришли к выводу, что океан магмы содержит большое количество серы, поскольку современная поверхность Меркурия также богата серой.

Используя пресс с несколькими наковальнями, команда подвергла химические смеси давлению в 7 гигапаскалей – примерно в 70.000 раз превышающему давление атмосферы Земли на уровне моря и в семь раз – давление на дне Марианской впадины – и температуре до 3578° F (1970° C). Эти экстремальные условия имитируют те, что находятся глубоко внутри Меркурия.

Кроме того, исследователи использовали компьютерные модели, чтобы получить более точные измерения давления и температуры на границе ядра и мантии Меркурия, помимо моделирования физических условий, при которых графит или алмаз были бы стабильны. Такие компьютерные модели, по словам Лина, рассказывают нам о фундаментальных структурах недр планеты.

Эксперименты показали, что минералы, такие как оливин, вероятно, образовались в мантии. Однако команда также обнаружила, что добавление серы в химический состав приводит к его затвердеванию только при гораздо более высоких температурах. Такие условия более благоприятны для формирования алмазов. При этих пересмотренных условиях алмазы могли кристаллизоваться, когда затвердело внутреннее ядро Меркурия. Поскольку он был менее плотным, чем ядро, затем он всплыл к границе ядро-мантия. Расчёты также показали, что алмазы, если они присутствуют, образуют слой со средней толщиной около 9 миль (15 км).

Однако добыча этих драгоценных камней не совсем осуществима. Помимо экстремальных температур планеты, алмазы залегают слишком глубоко – примерно в 300 милях (485 км) под поверхностью.

Но драгоценные камни важны по другой причине: они могут отвечать за магнитное поле Меркурия. Алмазы могут способствовать передаче тепла между ядром и мантией, что создаст разницу температур и заставит жидкое железо вращаться, создавая тем самым магнитное поле, объяснил Лин.

Результаты также могут помочь объяснить, как эволюционируют экзопланеты, богатые углеродом. «Процессы, которые привели к образованию алмазного слоя на Меркурии, могли также происходить на других планетах, потенциально оставляя аналогичные следы», – сказал Лин.

Больше подсказок может быть получено от BepiColombo, совместной миссии Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований. Космический аппарат, запущенный в 2018 г., должен выйти на орбиту Меркурия в 2025 г.

---

Мстислав КНЯЗЕВ,
писатель, журналист.
Москва.
Для “RA NY”