「ダイヤモンドの雨」は、無数の惑星で見られる現象だった

「ダイヤモンドの雨」は、珍しい現象ではないのかもしれない...... Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

＜研究チームは、氷惑星の内部で「ダイヤモンドの雨が降る」現象を再現することを試みた......＞

海王星や天王星といった巨大氷惑星の内部は、主に水、メタン、アンモニアの高密度な混合流体で構成され、摂氏数千度の高温かつ地球大気の数百万倍もの高圧な極限状態となっている。これまでの仮説では、このような高温と高圧によって水素と炭素がダイヤモンドに変化し、「ダイヤモンドの雨」のように、地下1万メートルにある岩石状の核へと深く沈み込んでいるのではないかと考えられてきた。

「ナノダイヤモンド」が生成される過程をとらえることに成功

独ドレスデン・ロッセンドルフ研究所、独ロストック大学、米SLAC国立加速器研究所らの研究チームは、氷惑星の内部で「ダイヤモンドの雨が降る」現象を再現しようと、炭素、水素、酸素で構成されるポリエチレンテレフタレート（PET）の薄膜に高出力レーザーを照射してこれに衝撃波を発生させ、内部の様子を観察した。

海王星と天王星で見られる極限状態を再現し、ダイヤモンドの雨の形成を観察した(Olivier Bonin/SLAC 国立加速器研究所)

それによりダイヤモンドの結晶構造を有するナノ粒子「ナノダイヤモンド」が生成される過程をとらえることに成功した。その研究成果は2022年9月2日、学術雑誌「サイエンスアドバンシズ」で公開されている。

この実験では、PETの原子が小さなダイヤモンド領域に再配列していく様子をとらえるとともに、ダイヤモンド領域が最大で幅2～3ナノメートルまで成長することを明らかにした。また、PETに酸素が存在することで、これまでの観測よりも低い圧力と温度でナノダイヤモンドが成長することもわかった。

研究論文の責任著者でロストック大学の物理学者ドミニク・クラウス教授は「酸素が炭素と水素の分解を速め、ナノダイヤモンドの形成を促した」とし、「これはすなわち、炭素原子がより簡単に結合して、ダイヤモンドを形成しうることを意味している」と解説している。

「ダイヤモンドの雨が降る」現象は無数の氷惑星でも

今回の実験結果は、「氷惑星でダイヤモンドの雨が降っている」というこれまでの仮説を裏付けるものだ。かつて氷惑星は稀有だとみられていたが、現在では太陽系外惑星で最もよくみられる形態であることがわかっている。おそらく、「ダイヤモンドの雨が降る」現象は海王星や天王星のみにとどまらず、銀河系に存在する他の無数の氷惑星でも起こっているだろう。

また、この実験結果は、ナノダイヤモンドの新たな製造方法として応用できる可能性も示している。ナノダイヤモンドはすでに研磨剤などに含まれているが、将来的には、量子センサーや医療用造影剤、再生可能エネルギー向け反応促進剤など、様々な領域で幅広い活用が見込まれている。