“纳米钻石”源于太空吗?

宇宙奥秘 2019-10-21 09:33宇宙探索www.qiwenkd.com

尽管地球上的钻石很常见,但科学家们相信“纳米钻石”源于太空。

据物理学家组织报道,长期以来,科学家们在坠落地球上的陨石内部发现了DNA大小的微型钻石。一项最新研究显示这些陨石源自于剧烈的撞击事件,这一进展或将帮助科学家们揭示爆发恒星周围的奥秘,这些区域正是那些比我们太阳系年代更加古老的物质的诞生地。尽管地球上的钻石很常见,但科学家们相信这些“纳米钻石”源于太空。研究人员们正尝试破解这些神秘物质的身世之谜。

在地球上,传统的钻石是在地下深处的高温高压环境下经过数十亿年的漫长地质时间而形成的。而根据一篇最新发表在《物理评论快报》上的论文,源自太空的钻石可以在数百亿分之一秒内诞生。位于珀斯的澳大利亚科廷大学材料科学家奈吉尔·马克思(Nigel Marks)说:“这样的转变令人惊叹。我从未想过这样的可能性。”

马克思在上模拟了宇宙尘埃之间的相互撞击,发现钻石的形成并不需要极高的温度和压力条件。与此相反,模拟研究显示,当两颗富含碳物质的宇宙尘埃以超过每小时1万英里(约合1.6万公里)的速度相互撞击时,钻石就会形成。

在最初形成的微粒中,碳分子球状富勒烯相互嵌套,形成俄罗斯套娃般层层嵌套的结构。这些同心圆式的分子组成了洋葱般的多个碳分子包裹层。当这些“碳洋葱”结构相互撞击,其分子结构变扁,挤压并相互连接在一起。在这一过程中,这些洋葱结构相互重新组合,形成钻石的六角形内部结构。

如果它们相互之间以极高的速度相撞,则这些碳洋葱结构将被破坏。反之,如果这些微粒相互撞击的速度不够快,微粒之间则无法完成相互连接形成钻石的过程。研究发现形成钻石所需的这一速度范围在宇宙中非常常见。

美国芝加哥大学地球化学家安德鲁·戴维斯(Andrew Davis)本人并未参与这项研究,但是他对此评论道:“他们发现这里存在一种平衡,如果你的速度恰当,你就能形成纳米钻石。这非常有趣。”

有了这一新的纳米钻石形成机制理论,科学家们希望揭开这些微型钻石内部所蕴含的一些秘密。时至今日,科学家们之所以对于这些特殊类型的钻石了解不多,部分原因正是因为我们尚不清楚这些钻石的成因。对此,马克思说:“这些钻石内部蕴藏着大量的信息,我们所要做的就是找出这些信息。”

比如,在这些纳米钻石内部发现了几种气体氙的不同同位素。所谓同位素就是同种元素的原子核内部含有不同数量的中子的现象。这一现象代表了早期宇宙时期恒星爆发的事件。不同的核反应机制会产生不同的同位素中子比例,这就让科学家们可以找出究竟具体是哪一种恒星爆发导致了这种微型钻石的形成。

根据马克思和他小组的研究,氙气体可能是在碳洋葱相撞之前就已经被包裹进了里面。一旦我们能够找出这些同位素形成于何方,科学家们将得到有关垂死恒星以及我们太阳系起源的最新信息。

目前有关这一方面存在着几种不同的理论,其中有一部分理论所认为的纳米钻石起源机制和此次马克思所提出的方式不同。比如一些科学家认为恒星爆炸时的冲击波可能会形成纳米钻石。冲击波中所蕴含的高温高压环境还有利于惰性气体,如氙的产生。

但是所有这些理论到目前为止都缺乏足够的实验支持。由于纳米钻石太过微小,对它们进行单独观察极其困难。为了帮助解决这一难题,马克思和他的同事们希望能在未来数月中对他们的理论进行实验室验证。如果能在地球上的实验室内制造出这种微型纳米钻石,他们便能够制造出足够的量用作观察研究之用。这些样本还可以被用作生物化学和工业应用方面。

工业上早已经生产大小和这些纳米钻石相似的钻石微粒用作药物指示剂或者干性润滑剂。但是目前的制造工艺中需要创造极高的温度和压力环境,这就限制了可以进行钻石镀膜的材料表面的种类。而如果采用马克思小组的工艺方案,生产者们将可以在一些相对易熔的材料表面也进行镀膜操作,如钢铁。

然而,让这样微小的微粒进行高速撞击可不是一件听上去那么容易的事。戴维斯说:“我想将一颗微粒加速到每秒5公里将是一件不那么容易的事情,在实验室中这将非常困难。”

然而马克思希望他的计算机模拟研究可以为未来的实验铺平道路。戴维斯说:“至少现在你知道这种可能性是存在的。我们需要继续前进,看看我们可以做些什么。”

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