다이아몬드로 만든 탄소가 풍부한 행성은 태양계 너머에 존재할 수 있다고 연구에 따르면

새로운 연구에 따르면 지구보다 더 많은 탄소를 함유하고 있는 태양계 밖의 행성인 엑소플라넷은 다이아몬드로 만들어질 수 있다고 한다.

NASA의 행성을 찾는 TES 미션, 허블우주망원경, 은퇴한 케플러 미션에 의해 제공된 데이터는 우리 은하계가 우리 태양계의 행성들과는 매우 다른 외행성으로 가득 차 있다는 것을 보여주었다.

행성 과학자들과 협업한 예술가들이 만든 NASA 엑소플라넷 여행국 포스터가 지적하듯, 이 이상하고 멋진 엑소플라넷들은 상상하기 힘든 것들로 가득 차 있다. 어떤 것들은 너무 더워서 반짝이는 규산염의 하늘을 가진 용암 대양을 호스트하는 반면, 다른 것들은 스타워즈에서 온 행성들처럼 두 개의 태양을 공전한다. 다른 행성들은 숙주별이 없는 불량 행성들이다.

행성은 항성 주위의 기체와 먼지 원반으로부터 형성되는데, 이는 항성 원반이라고 불린다. 이 물질은 원래 항성을 형성하기 위해 사용되었고, 그 남은 물질은 항성의 궤도를 도는 행성을 형성한다. 이것은 행성에 포함된 원소들이 그들의 별들만의 독특한 존재라는 것을 의미한다.

태양은 탄소와 산소의 비율이 낮기 때문에 지구는 규산염과 산화물 또는 다른 원소와 결합한 산소와 규산 화합물을 가지고 있으며, 다이아몬드의 약 0.001%에 불과하다.

그러나 산소에 대한 탄소의 비율이 더 높은 항성 주변에서 발견되는 외행성들은 더 많은 탄소 함량을 가질 것이다. 더 많은 탄소를 함유하고 있는 이 외부 행성들 중 일부는 실제로 물이 존재한다면 다이아몬드와 실리카로 구성될 수 있다. 실리카는 지구의 지각, 바위, 모래, 진흙에 있는 천연 화합물이다.

애리조나 주립대 지구우주탐사대학의 수석 연구 저자 겸 대학원 동료인 해리슨 앨런 서터는 성명에서 "이 외행성들은 우리 태양계의 어떤 것과도 다르다"고 말했다.

이 연구는 지난 주 행성 과학 저널에 발표되었다.

탄소를 다이아몬드로 바꾸는 것

시카고 대학의 과학자들을 포함한 연구팀은 탄소가 풍부한 외부 행성의 내부들이 어떻게 높은 수준의 열과 압력을 통해 다이아몬드를 만들 수 있는지를 시뮬레이션함으로써 그들의 가설을 시험했다.

아리조나 주립대학의 연구 공동저자인 댄 심의 지구 및 행성 물질 연구소에 고압 다이아몬드 앤빌 셀이 사용되었다.

다이아몬드 앤빌 셀(diamond anvil cell)은 지질학에서 소량의 물질을 극도의 압력에 노출시키기 위해 사용되는 고압 장치다.

과학자들은 실리콘과 탄소를 포함한 실리콘 카바이드들을 물에 넣었다. 실리콘 탄화물은 희귀한 미네랄 모이사나이트에서 찾을 수 있다.

이 샘플은 다이아몬드 사이에 고압으로 압축되었다.

일리노이의 아르곤느 국립 연구소의 레이저를 사용하여 샘플을 가열했다. 연구원들은 실리콘 카바이드와 물 사이의 반응을 측정하기 위해 레이저 난방의 X선 측정을 했다.

열과 압력으로 인해 실리콘 카바이드의 물과 반응하여 다이아몬드와 실리카가 생성되었다.

외계행성 탐색

우리 태양계에는 이와 같은 것이 없지만, 과학자들은 2017년 연구에서 천왕성과 해왕성의 고기압 조건이 수소와 탄소를 함께 짜내 다이아몬드 비를 만들 수 있다는 가설을 세웠다.

외계행성 발견을 둘러싼 많은 음모는 다른 행성에서 생명체의 증거를 찾기 위한 탐색이다. 그러나 연구자들에 따르면 탄소가 풍부한 행성은 생명을 지탱할 가능성이 높지 않다고 한다.

지구는 그 거주성에 기여하는 측면 중 하나인 지질학적으로 활발하다.

예를 들어, 지구는 우리 행성의 모든 면에 결정적으로 중요한 판구조학을 가진 유일한 행성으로 알려져 있다. 세계의 해양과 대륙은 움직이고 움직이는 15개의 다른 지각 블록 위에 놓여 있다.

실리콘 카바이드 위주 맨틀을 가진 변형되지 않은 탄소 행성(왼쪽)이 실리카와 다이아몬드 위주 맨틀(오른쪽)로 변신할 수 있다.

우리는 주로 그들이 산과 지진을 일으키는 데 책임이 있다고 생각하지만, 이러한 판들의 움직임은 또한 생명을 화학적으로나 물리적으로 지탱할 수 있는 적절한 조건을 갖춘 환경을 만드는 데 기여했다. 이 접시들이 움직이면, 그들은 단지 바다 분지와 산맥만 형성하는 것이 아니다. 이 접시들은 또한 다른 암석들을 지구의 대기에 노출시켜 화학물질을 방출하고 반응을 일으킨다.

이러한 반응은 수십억 년의 기간에 걸쳐 지구의 표면 온도를 안정시키는 데 도움이 될 것으로 보이며, 그것은 생명체가 진화할 수 있도록 했다.

그러나 탄소가 풍부한 행성은 지질 활동을 하기에는 너무 힘들어서 대기의 구성이 생명에 적대적인 상태가 될 것이다.

앨런 서터는 "주거성과 관계없이 이는 우리가 점점 증가하고 개선되고 있는 외부행렬에 대한 우리의 관찰을 이해하고 특성화하는 데 도움이 되는 한 단계 더 필요한 것"이라고 말했다.

"우리가 더 많이 배울수록, 우리는 제임스 웹 우주 망원경이나 낸시 그레이스 로마 우주 망원경과 같은 다가오는 미래의 임무들로부터 오는 새로운 데이터를 더 잘 해석할 수 있을 것이다."