In einem 4.000 Lichtjahre entfernten Sternsystem kreist ein Diamant, größer als der Planet Neptun. Der "Klunker" stellt den Überrest eines Weißen Zwergsterns dar, geformt in der extremen Umgebung eines rasch rotierenden superdichten Neutronensterns. Zwar herrschen in unserem Sonnensystem keine so exotischen Bedingungen, immerhin mit einem Diamantenregen können aber auch wir aufwarten.

Höllische Bedingungen

Bereits seit den 1990er-Jahren mehren sich Hinweise, dass in den Atmosphären der Eisriesen Uranus und Neptun, und vielleicht auch auf Jupiter und Saturn, Diamanten niederprasseln. Bei infernalischen Druck- und Temperaturbedingungen werden dort Kohlenstoffatome zu Diamantkristallen gepresst. Der Kohlenstoff stammt unter anderem aus Methanmolekülen, die den Belastungen nicht mehr standhalten konnten.

Grundlage dieser Annahme sind vor allem Laborexperimente, die darauf abzielen, die extremen Bedingungen auf den Eisriesen so realistisch wie möglich zu reproduzieren. Die bisher gesammelten Resulate lieferten jedoch nur wenige Details zu diesem bemerkenswerten Phänomen. Anhand aktueller überraschender Ergebnisse gelang es nun einem Forschungsteam, mehr über die Entstehung und Häufigkeit von Diamantregen auf Eisriesen wie Neptun, Uranus oder fernen Exoplaneten herauszufinden.

Neptun, Diamantenregen
Im Inneren sogenannter Eisriesen, aber vielleicht auch bei Jupiter und Saturn, regnet es Diamanten.
Illustr.: European XFEL / Tobias Wüstefeld

Glitzerniederschlag auf kleineren Welten

Das neue Experiment am Röntgenlaser European XFEL hat gezeigt, dass sich aus Kohlenstoffverbindungen schon bei geringerem Druck und niedrigeren Temperaturen als bislang vermutet Diamanten bilden können. Für die eisigen Gasplaneten in unserem Sonnensystem bedeutet das: Der Diamantregen bildet sich schon in geringerer Tiefe als gedacht. Aufgrund dieses Umstands könnte der Niederschlag das Magnetfeld der Planeten stärker beeinflussen, erklärte das Team im Fachjournal "Nature Astronomy".

Und noch etwas schließen Forschungsleiter Mungo Frost vom Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) in Kalifornien und sein Team aus den Versuchen: Diamantenregen könnten auch auf deutlich kleineren Gasplaneten, sogenannten Mini-Neptunen, möglich sein. Dieser Planetenkategorie gehören viele Planeten außerhalb unseres Sonnensystems an. Sie rangieren größenmäßig oberhalb von Supererden und geben Fachleuten vor allem wegen ihrer Entstehungsgeschichte Rätsel auf.

Nachdem sich die Diamanten gebildet haben, können diese auf ihrem Weg nach unten Gas und Eis mitreißen und so Ströme von leitendem Eis verursachen. Das Phänomen wirkt wie eine Art Dynamo, durch den sich die Magnetfelder von Planeten bilden. "Diamantenregen hat also wahrscheinlich Einfluss auf die Entstehung der komplexen Magnetfelder von Uranus und Neptun", sagt Frost.

Uranus und Neptun in einer aktualisierten Ansicht. Jüngste Untersuchungen zeigten, dass sich die beiden Eisriesen viel ähnlicher sehen, als die alten Voyager-2-Aufnahmen vermuten lassen.
Foto: University of Oxford/ Patrick Irwin

Kunstofffolie gedrückt und erhitzt

Als Kohlenstoffquelle nutzte die Gruppe eine Kunststofffolie aus der Kohlenwasserstoffverbindung Polystyren. Diese setzten sie sehr hohem Druck und Temperaturbedingungen aus, so wie sie im Inneren der Planeten herrschen. Zunächst steigerten sie den Druck, indem sie die Folie zwischen die Spitzen zweier Diamanten klemmten. Diese sogenannten Diamantstempelzellen funktionieren wie ein Minischraubstock.

Anschließend setzten sie die Folie den Röntgenblitzen des European XFEL aus, um sie auf mehr als 2.200 Grad Celsius zu erwärmen. Diese Temperaturen herrschen tief im Inneren der Eisplaneten. Die Röntgenpulse nutzten die Forschenden auch, um zu beobachten, wann und wie sich die Diamanten bilden. Druck und Temperatur geben dabei Aufschluss darüber, in welcher Tiefe der Planeten die Edelsteine entstehen. (tberg, red, 11.1.2024)