Eens om de zoveel tijd komt er een bericht in het nieuws over een vorm van diamant in de ruimte: in sterren, planeten, meteorieten, of satellieten. Eerder deze maand nog berichtte Eos erover dat het op Jupiter en Saturnus diamant zou regenen. Hierbij een overzicht in vijf stappen: van microscopisch kleine diamantkorrels naar kolossale klompen diamant en van kortbij naar verder weg.
Een grote diamant in de ruimte. (Bron afbeelding.)
(1) Diamanten in meteorieten. We beginnen met stukjes uit de ruimte die op aarde te vinden zijn: sommige meteorieten bevatten diamant. Dit betekent niet automatisch dat het diamant afkomstig is uit de ruimte, want het zou ook kunnen ontstaan op het moment dat de meteoriet met een harde klap op de aarde neerstort. Voor beide vormingsprocessen zijn er aanwijzingen; het hangt van de specifieke meteoriet af.
Het oudste gekende voorbeeld stamt uit 1886: er viel toen een meteoriet in Mordovië (Rusland), waarvan twee jaar later werd vastgesteld dat die diamantkorrels bevatte. Er wordt nog steeds onderzoek verricht op deze meteoriet, in de hoop aan de weet te komen waar de meteoriet vandaan komt en hoe het diamant erin is ontstaan.
De bekendste inslagkrater van een meteoriet op aarde bevindt zich in een woestijn in Arizona: de Barringerkrater (vernoemd naar de Amerikaanse geoloog en mijnbouwingenieur Daniel Barringer). In de Cañon Diablo meteoriet, die deze krater veroorzaakte, werden in 1891 al harde korrels gevonden. In de jaren 1930 werd de meteoriet verder onderzocht en toen bleken de harde korrels kleine stukjes diamant te zijn. Nog later werd ontdekt dat deze diamantkorrels niet allemaal dezelfde structuur hebben als aards diamant: in aards diamant vormt het koolstof een kubische structuur, maar ongeveer een derde van het diamant in de Cañon Diablo meteoriet heeft een hexagonale structuur. Deze alternatieve vorm van diamant wordt lonsdaliet genoemd (ter ere van de Ierse kristallografe Kathleen Londsdale).
In 1971 viel er een meteoriet in Finland: de Haverö-meteoriet. In 2010 kwam deze meteoriet opnieuw in de belangstelling: het diamant hierin lijkt harder te zijn dan ander diamant dat op aarde gevonden wordt, omdat het zich nog moeilijker laat polijsten. Het is waarschijnlijk ontstaan tijdens de impact, doordat er een schokgolf door de laagjes grafiet ging.
Zo ziet de satelliet Proba-2 eruit (artist impression door de Franse illustrator Pierre Carril). (Bron afbeelding: ESA.)
(2) Zonneblinde UV-sensoren. We wenden onze blik van de aarde af, naar omhoog. Er draait diamant in een baan om de aarde: de Europese satelliet Proba-2 die in 2009 is gelanceerd, heeft vier instrumenten aan boord. Eén daarvan is de Large Yield Radiometer (LYRA): deze detector doet metingen van de straling van de zon. Hierin zitten een aantal stukjes synthetisch diamant (gemaakt op het Instituut voor MateriaalOnderzoek in Diepenbeek), die dienst doen als UV-sensoren. Diamant is gevoelig voor UV doordat het een brede bandkloof heeft. (Anders gezegd: het energieverschil tussen valentie- en conductieband komt overeen met de energe van een foton in het UV-gebied.) Omdat diamant bovendien transparant is voor zichtbaar licht, is het heel geschikt om als UV-sensor te dienen. (Andere materialen die gebruikt worden in UV-sensoren moeten met filters afgeschermd worden van het zichtbare deel van de straling die de zon uitzendt.)
Volgens deze website is het LYRA-project het eerste waarin diamanten UV-sensoren in ruimteonderzoek gebruikt worden. De meest recente spectra van LYRA staan op deze webpagina van de Koninklijke Sterrenwacht van België (klik op de figuur rechts bovenaan). Een archief met links naar alle resultaten vind je hier.
(3) Als het diamanten regent… We dwalen door het zonnestelsel en wenden onze blik naar de zevende en achtste planeet in ons zonnestelsel: Neptunus en Uranus. In oktober 1999 werd er geopperd dat het op deze gasreuzen diamanten zou kunnen regenen. Er is methaan aanwezig (bron van koolstof) en de druk en temperatuur zouden er hoog genoeg zijn om diamantvorming mogelijk te maken. Als er zich eenmaal een diamantkristal heeft gevormd, heeft dit een hogere dichtheid dan het omringende gas van de planeet en zou het naar het centrum van de planeet toe beginnen vallen. Vandaar het beeld van “diamanten regen”, dat uiteraard tot de verbeelding spreekt.
Theoretisch werk uit 2007 toonde aan dat diamantvorming in gasplaneten mogelijk is, maar toch erg onwaarschijnlijk blijft. Computersimulaties van Amsterdamse onderzoekers hebben toen aangetoond dat de vorming van grafiet statistisch gezien de overhand heeft.
In oktober 2013 kwam opnieuw in het nieuws dat er op twee planeten in ons zonnestelsel veel diamant te vinden zou zijn (onder andere bij Eos, via Eddy Echternach van Astronieuws). Het gaat deze keer over de vijfde en zesde planeet, Jupiter en Saturnus, dus niet over Neptunus en Uranus. Toch verbaasde me dat, gezien het vorige resultaat. Zijn er dan nieuwe feiten? Echternach gebruikte deze bron: daarin wordt er inderdaad verwezen naar recenter onderzoek, waaruit blijkt dat diamant zich kan vormen in bepaalde zones in deze planeten, maar dat druk en temperatuur in diepere zones zo hoog zijn, dat diamant er smelt.
Er is hierbij ook sprake van “diamantregen”, maar in het geval van Jupiter en Uranus moet je niet denken aan stenen die naar het midden zinken, maar aan diamant dat smelt.
Een diamantplaneet. (Bron afbeelding.)
(4) Exit de diamant exoplaneet. We laten ons zonnestelsel achter en reizen naar 55 Cancri, een dubbelster op meer dan 40 lichtjaar afstand. In 2010 werd vastgesteld dat de gele dwergster 55 Cancri A meer koolstof dan zuurstof bevat. Er draaien vijf planeten rond deze ster, waaronder een superaarde: 55 Cancri e. In oktober 2012 namen onderzoekers van de universiteit van Yale aan dat de planeet 55 Cancri e ook meer koolstof dan zuurstof bevatte (net als de ster waar de planeet rond draait). Mede op grond van deze informatie kwamen ze op de hypothese dat deze exoplaneet mogelijk een kern had die voornamelijk uit diamant bestond. (Dit was toen onder andere te lezen bij Eos, via Echternach van Astronieuws.)
Een jaar later, in oktober 2013, wordt dit eerdere bericht ontkracht (zie ook het persbericht en Astronieuws): nieuwe spectroscopische analyses van de ster tonen aan deze toch niet meer koolstof dan zuurstof bevat. Er is dus ook geen reden om aan te nemen dat dit wel zou gelden voor de bijbehorende planeet. Kortom, de superaarde 55 Cancri e bestaat waarschijnlijk niet voornamelijk uit diamant.
In 2011 kwam er een andere mogelijke diamantplaneet in het nieuws (zie ook bij Eos en op Astroblogs): het gaat om een exoplaneet die rond een pulsar (PSR J1719-1438) draait en waarvan de hoge dichtheid doet vermoeden dat de planeet hoofdzakelijk uit diamant bestaat. De pulsar wordt bestudeerd met radiotelescopen. De dichtheid van de bijbehorende planeet wordt in dit geval niet bepaald aan de hand van spectroscopische gegevens. Onze informatie over het bestaan en de dichtheid van deze planeet berust op indirecte gegevens: hoe de aanwezigheid van deze – tot op heden niet rechtstreeks waarneembare – planeet de pulsar beïnvloedt.
De conclusie dat we nu honderd procent zeker zijn dat er ergens in de ruimte een diamantplaneet bestaat, lijkt dus voorbarig.
Er vielen ook veel diamantjes te rapen in het oude computerspel ‘Boulder Dash‘. (Bron afbeelding.)
(5) Fonkel fonkel, diamanten ster. Wat met planeten niet lukt, lukt misschien wel met sterren?
Om te beginnen is de diamant-‘planeet’ die rond pulsar PSR J1719-1438 draait naar alle waarschijnlijkheid een ster, meer bepaald een witte dwerg: een afkoelende, zwak stralende ster die aan het einde van haar leven komt.
De beste aanwijzingen die we momenteel hebben voor een grote diamant in de ruimte is afkomstig van een andere witte dwerg: BPM 37093. De ster werd geobserveerd in 2004 en berekening uit 2007 tonen aan dat deze witte dwerg best wel eens uit diamant kan bestaan. Deze witte dwerg wordt daarom ook wel “Lucy” genoemd, naar het liedje van The Beatles: “Lucy in the sky with diamonds“. (Persbericht hier en stukje op Astroblogs hier. De berekeningen staan in hetzelfde artikel dat de hypothese over de vorming van diamant in gasplaneten ontkrachtte.)
Professor Kees De Jager maakte een Nederlandstalige presentatie over deze diamantster (bron; via). Die kun je hieronder bekijken.
Aanvulling (25 juni 2014):
Volgens National Geographic zou er weer een diamanten ster (witte dwerg die rond pulsar PSR J2222-0137 draait) “ontdekt” zijn. Voor zo ver ik kan zien vermeldt de preprint van Kaplan et al. deze hypothese niet expliciet, maar blijkbaar heeft de eerste auteur het wel zo toegelicht aan de journalisten.
Gelijkaardige berichten:
