کشف هیدروژن تاریک در سیاره‌ های عظیم گازی

کشف هیدروژن تاریک در سیاره‌ های عظیم گازی

برای اولین بار، دانشمندان با موفقیت توانسته‌اند هیدروژن را به یک حالت بین فلز و گاز در بیاورند که این حالت با نام هیدروژن تاریک شناخته می‌شود. آنها باور دارند که این فرم از هیدروژن می‌تواند به طور طبیعی در سیاره‌های گازی عظیم نظیر مشتری تشکیل شود.

اگر این گفته درست باشد، در این صورت داشتن توانایی مطالعه‌ی هیدروژن تاریک در آزمایشگاه، ممکن است بینش عمیق‌تری را از چگونگی بروندهی گرما در کرات عظیم گازی و تولید میدان مغناطیسی پیش روی دانشمندان بگذارد. الکساندر گونچاروف (Alexander Goncharov) از اعضای تیم، از موسسه‌ی علوم کارنگی در واشنگتن دی سی در این باره می‌گوید:

این لایه‌ی هیدروژن تاریک بسیار غیرمنتظره بود و در عین حال با آن مواردی که ما در پی پژوهش‌های خود در زمینه‌ی مدلسازی درباره‌ی دگرگونی هیدروژن از حالت گاز به هیدروژن متالیک (فلزی) در اجرام آسمانی باور یافته بودیم، کاملا تناقض دارد. این هیدروژن می‌تواند چگونگی روند انتشار و خروج گرما را از سیاره‌های عظیم گازی همچون زحل توجیه کند.

اگر چه هیدروژن فراوان‌ترین عنصر در جهان هستی است، با این وجود ما هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد آن پیش رو داریم. دانشمندان در حال حاضر می‌دانند که دو مدل از هیدروژن وجود دارد. هیدروژن مولکولی مورد استفاده‌ی ما در اینجا روی سیاره‌ی زمین؛ و هیدروژن فلزی داخل هسته‌ی سیاره‌های عظیم که این نوع از هیدروژن به صورت فشرده وجود خواهد داشت؛ مادامی که به فلز مایع تبدیل شود در این صورت قادر به هدایت برق بدون هیچ مقاومتی خواهد بود.

هم اکنون دانشمندان توانسته‌اند نوع سومی از هیدروژن را نیز در آزمایشگاه ایجاد کنند که در واقع حالتی میان این دو حالت مذکور دارد. از آنجا که هیدروژن تاریک جدید در حالتی بین فلز و گاز وجود دارد، محققان باور دارند که این هیدروژن در واقع می‌تواند بین هیدروژن مولکولی در سطح مشتری (و سیارات شبیه به آن) و هیدروژن فلزی هسته در زیر آن لایه قرار گیرد.

دلیل پدیده‌ی اخیر این است که این فاز هیدروژن، نور مرئی را منعکس نکرده یا انتقال نمی‌دهد، اما می‌تواند اشعه‌ی مادون قرمز (یا گرما) را منتقل کند. همچنین این فاز می‌تواند الکتریسیته را نیز انتقال دهد. البته انتقال الکتریسیته بسیار ضعیف است، ولی با این وجود می‌تواند چگونگی ایجاد یک میدان مغناطیسی در اطراف این سیاره را توجیه کند.

یافته‌ی اخیر بسیار مهم است، زیرا در حال حاضر، ما چیز زیادی در مورد اینکه هیدروژن چگونه به دما و فشار شدید واکنش نشان می‌دهد، نمی‌دانیم. برای پیدا کردن پاسخ این پرسش‌ها، تیم پژوهشی شرایط محیطی را تا فشار ۱.۵ میلیون برابر فشار اتمسفر و تا دمای ۱۰۰۰۰ درجه فارنهایت (۵۵۳۸ درجه‌ی سانتی‌گراد) شبیه‌سازی کردند. بر پایه‌ی گزارش مایکل فرانکو برای Gizmag، تیم پژوهشی این شرایط را با استفاده از یک سلول الماس سندان گرم‌شونده با لیزر، برای قرار دادن هیدروژن تحت فشار شدید بازسازی کردند. این دستگاه از دو راس الماسی برای اعمال نیرویی بسیار فراتر از آنچه بر روی زمین تجربه شده استفاده کرده و آن محیط را به فشار موجود روی مشتری شبیه‌تر می‌کند.

در اوایل سال جاری، محققان دانشگاه ادینبورگ در انگلستان با قرار دادن ماده تحت فشاری به اندازه‌ی ۳.۲۵ میلیون برابر فشار جو زمین موفق به تولید یک نوع فلز هیدروژنی شدند که این دستاورد به عنوان یک گام رو به جلوی دیگر در به دست آوردن فهم و دریافت بهتر از اینکه سیارات عظیم منظومه‌ی شمسی چه سازوکاری دارند، به شمار می‌رود. همچنین گفتنی است که هیدروژن علاوه بر اینکه فراوانترین عنصر در کیهان (تقریبا سه چهارم از جرم کلی جهان هستی) است، با داشتن یک الکترون در هر اتم به عنوان ساده‌ترین عنصر نیز به شمار می‌رود. تحت فشار بالا، مولکول‌های هیدروژن شروع به تفکیک به اتم‌های منفرد می‌کنند و در این حین الکترون‌های اتم‌ها نیز نشانه‌هایی از رفتارهایی مانند فلزات از خود آشکار می‌کنند.

این یافته‌های جدید تنها یک ماه پس از آن به دست آمده است که محققان در حال کار با آرایه‌ی بسیار بزرگ یا  Very Large Array در نیومکزیکو به وجود هیدروژن در یک کهکشان حدود ۵ میلیارد سال نوری دورتر از زمین پی بردند. گفتنی است که یافته‌های این مطالعه در ژورنال فیزیکال ریویو لترز Physical Review Letters منتشر شده است.