Timanttien löytäminen meteoriiteista sai tutkijat pohtimaan vakavasti sitä, miten ne voivat esiintyä avaruudessa. Tämä taiteilijakonsepti näyttää useita timantteja kuuman tähden vieressä. Kuva NASA / JPL-Caltech.
Timantit voivat olla harvinaisia maan päällä, mutta yllättävän yleisiä avaruudessa - ja NASA: n Spitzer-avaruusteleskoopin erittäin herkät infrapunasilmät ovat täydellisiä niiden etsimiseen, sanovat NASA: n Ames-tutkimuskeskuksen tutkijat Moffett Fieldissä, Kalifornia.
Tietokonesimulaatioiden avulla tutkijat ovat kehittäneet strategian timanttien löytämiseksi avaruudesta, jotka ovat kooltaan vain nanometrejä (miljardi metriä). Nämä jalokivet ovat noin 25 000 kertaa pienempiä kuin hiekkajyvä, aivan liian pieniä kihlasormussa. Mutta tähtitieteilijät uskovat, että nämä pienet hiukkaset voisivat antaa arvokasta tietoa siitä, kuinka hiilirikkaat molekyylit, jotka ovat Maan elämän perusta, kehittyvät kosmossa.
Tutkijat alkoivat pohtia vakavasti timanttien esiintymistä avaruudessa 1980-luvulla, kun Maahan kaatuneiden meteoriittien tutkimukset paljastivat paljon pieniä nanometrin kokoisia timantteja. Astronomit määrittivät, että 3 prosenttia kaikesta meteoriittien löydetystä hiilestä tuli nanodimanttien muodossa. Jos meteoriitit heijastavat avaruudessa tapahtuvaa pölypitoisuutta, laskelmat osoittavat, että vain gramma pölyä ja kaasua kosmisessa pilvessä voisi sisältää jopa 10 000 biljoonaa nanodiamondia.
"Kysymys, joka meiltä aina kysytään, on, että jos nanodimanteja on runsaasti avaruudessa, miksi emme ole nähneet niitä useammin?" sanoo Charles Bauschlicher Amesin tutkimuskeskuksesta. Heidät on havaittu vain kahdesti. "Totuus on, ettemme vain tienneet tarpeeksi heidän infrapuna- ja elektronisista ominaisuuksistaan sormenjälkien havaitsemiseksi."
Tämän ongelman ratkaisemiseksi Bauschlicher ja hänen tutkimusryhmänsä käyttivät tietokoneohjelmistoja simuloimaan tähtienvälisen väliaineen - tähteiden välisen tilan - olosuhteita, jotka on täytetty nanodimanteilla. He havaitsivat, että nämä avaruudessa olevat timantit loistavat kirkkaasti infrapunavalon vaihteluvälillä 3,4-3,5 mikronia ja 6-10 mikronia, missä Spitzer on erityisen herkkä.
Tähtitieteilijöiden pitäisi voida nähdä taivaan timantit etsimällä heidän ainutlaatuisia "infrapuna-sormenjälkensä". Kun läheisestä tähdestä tuleva valo salamaa molekyylin, sen sidokset venyvät, kiertyvät ja taipuvat, jolloin ne erottavat infrapunavalon värin. Kuten prisma, joka hajottaa valkoisen valon sateenkaariksi, Spitzers-infrapunaspektrometrimittari hajottaa infrapunavalon sen osiin, jolloin tutkijat näkevät kunkin yksittäisen molekyylin valon allekirjoituksen.
Joukkueen jäsenet epäilevät, että enemmän timantteja ei ole vielä havaittu avaruudessa, koska tähtitieteilijät eivät ole etsineet oikeista paikoista oikeilla instrumenteilla. Timantit on valmistettu tiukasti sitoutuneista hiiliatomeista, joten vie paljon energiaa kuluttavaa ultraviolettivaloa, jotta timanttisidokset taipuvat ja liikkuvat ja tuottavat infrapunasormenjäljen. Siksi tutkijat päättelivät, että paras paikka nähdä avaruusdimanttien allekirjoituspaisto on heti kuuman tähden vieressä.
Kun tähtitieteilijät selvittävät, mistä etsiä nanodimanteja, toinen mysteeri selvittää, kuinka ne muodostuvat tähtienvälisen tilan ympäristössä.
"Avaruus timantit muodostuvat hyvin erilaisissa olosuhteissa kuin timantit muodostuvat maan päällä", sanoo Louis Allamandola, myös Ames.
Hän toteaa, että timantit maan päällä muodostuvat valtavan paineen alla, syvälle planeetan sisälle, missä myös lämpötilat ovat erittäin korkeat. Avaruuden timantteja löytyy kuitenkin kylmistä molekyylipilvistä, joissa paineet ovat miljardeja kertoja alhaisemmat ja lämpötilat alle miinus 240 astetta (miinus 400 astetta Fahrenheit).
"Nyt kun tiedämme mistä etsiä hehkuvia nanodimanteja, Spitzerin kaltaiset infrapunakaukoputket voivat auttaa meitä oppimaan lisää heidän elämästään avaruudessa", Allamandola sanoo.
Bauschlichersin aiheesta kirjoitettu aihe on hyväksytty julkaisemiseen Astrophysical Journal -lehdessä. Allamandola oli mukana kirjoittajana yhdessä Yufei Liun, Alessandra Riccan ja Andrew L. Mattiodan kanssa, myös Ames.
NASA: n suihkukoneiden laboratorio, Kalifornia, Pasadena, hallinnoi Spitzerin avaruusteleskoopin operaatiota NASA: n tiedeoperaation osastolle Washingtonissa. Tiedeoperaatiot suoritetaan Spitzer-tiedekeskuksessa Kalifornian teknillisessä instituutissa, myös Pasadenassa. Caltech hallinnoi JPL: tä NASAssa.