砕けた準惑星の残骸から宇宙ダイヤモンドが輝く

現在、太陽系はかなり安定しています。太陽の周りを一定の軌道で回っている惑星は 8 つあり (冥王星はごめんなさい)、小惑星に押しつぶされる危険性はほとんどありません。しかし、昔からそうだったわけではありません。

約 45 億年前、太陽系がちょうど形成され始めた頃、ゆっくりと成長している準惑星に巨大な岩石の塊が頻繁に衝突しました。その結果、両方の天体はしばしば壊滅的な被害を受け、現在も地球を襲っている残骸に変わりました。しかし、時にはこれらの激しい衝突によって、輝く新しい何か、おそらくダイヤモンドが生まれることもありました。

今週、米国科学アカデミー紀要に発表された新しい論文によると、太陽系が誕生した当初、小惑星が準惑星を粉々に砕いたときに、おそらくそれが起こったのだろう。著者らによると、衝突は非常に激しく、準惑星のマントルのグラファイトを、現在隕石の中に見られるダイヤモンドに変える一連の出来事を引き起こしたという。

研究者らによると、これらの宇宙宝石が形成された爆発的なプロセスは、人間が採掘したものよりも強度の高い研究室で製造されたダイヤモンドを製造する方法にヒントを与える可能性もあるという。

「ダイヤモンドは最も硬い物質だといつも言われています。天然の物質で、研究室で作れるものの中でダイヤモンドより硬いものはないのです。しかし、単結晶ダイヤモンドよりも硬いと思われるダイヤモンドの形態があるという研究結果が何年も前から出ています。そして、それは非常に役に立つでしょう」とアリゾナ州立大学隕石研究センターの研究科学者ローレンス・ガービー氏は言う。同氏は今回の研究には関わっていない。「これは、これらの物質がどのように形成されるかについて新たな理解をもたらすかもしれない仮説です」。そして、そのような可能性は、あらゆる種類の産業および消費者用途にとって魅力的だと同氏は付け加える。

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地球では、炭素の堆積物が高圧と高温にさらされるとダイヤモンドが生まれます。これは通常、地殻の深部で起こっている地質学的プロセスによるものです。しかし、この説明は、宇宙ダイヤモンドが謎に包まれているユレイライトと呼ばれる炭素を豊富に含む隕石には当てはまりませんでした。炭素に十分な圧力をかけるにはかなりの質量が必要で、この古代の岩石がおそらく由来した準惑星よりもはるかに大きいとガービーは説明します。代わりに、隕石学者の中には、衝突による衝撃が変化を引き起こしたと提唱する人もいます。

しかし、衝撃だけではユレイライトの結晶を完全に説明することはできないと、ロイヤルメルボルン工科大学の物理学者で、この論文の著者の一人であるアラン・サレク氏は言う。例えば、隕石のダイヤモンドは、提案された条件を模倣した実験室で作られたものよりはるかに大きいとサレク氏は言う。

さらに、科学者たちはウレライトの組成に矛盾があることを発見した。ダイヤモンドの痕跡がまったくないように見えるものもあれば、婚約指輪の石とは明らかに異なる炭素結晶を含むものもある。構造にはより多くのひだがあり、原子は立方体ではなく六角形に見える。これらの余分な面が材料をより硬くしていると考えられている。

しかし、最新の研究を率いたモナッシュ大学の地質学者アンドリュー・トムキンス氏は、ポピュラーサイエンス誌への電子メールで、「もちろんダイヤモンドは非常に硬いので、折りたたむのは不可能なはずだということは誰もが知っている」と書いている。

トムキンス、サレク、および同僚らは、ユレイライトの炭素原子の特性を研究した後、この宝石の奇妙な特徴のすべてを説明できるというシナリオを考案した。そのストーリーは、活動的な初期太陽系で小惑星が準惑星に衝突し、ユレイライトの母天体の奥深くまで突き進み、一連の出来事を引き起こしたというものだ。

準惑星には折り畳まれたグラファイトが含まれていた。小惑星が衝突すると、激しい衝突によりマントルの圧力が解放された。ちょうどソーダボトルの蓋をひねって開けたときのように、とトムキンス氏は説明する。この急速な減圧によりマントルの一部が溶けて液体とガスが放出され、それが鉱物と反応した。この活動により、惑星内の折り畳まれたグラファイトは六方晶系に変化した。その後、圧力と温度が下がると、正立方晶ダイヤモンドも形成された。

結晶の六角形構造は、いまだに議論の的となっている。一部の科学者は、その形状から、ロンズデーライトと呼ばれる別の種類のダイヤモンドであると主張する。この宝石は、1967年にアリゾナ州のディアブロクレーターで初めて確認され、それ以来、世界中の他の衝突地点で発見されている。他の科学者は、この物質は、無秩序なダイヤモンド形成のスナップショットのようなものだと主張している。ガービーと彼の同僚は、グラフィンのような共生を持つダイヤモンドなど、別の説明をしている。しかし、サレクとトムキンスは、彼らの新しい研究は、ユレイライトベースの宝石が確かに六角形のダイヤモンドであり、したがってロンズデーライトとして分類されるべきであることを決定的に証明していると言う。

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定義がどうであれ、科学者たちはこの物質が貴重な特性を持つ可能性があることに同意する傾向にある。ロンズデーライトを再現する試みの 1 つで、この物質は立方晶系よりも 58 パーセント強度が高いことが間接的に測定された。この物質を研究室で人工的に作れるなら、iPhone やカメラのレンズなどの保護コーティングに使用できる可能性をガービー氏は「可能性は無限大」と語る。サレック氏は、刃が鈍くならないほど硬いのこぎりやその他の切断器具を作ることを提案している。

しかし、サレクとトムキンスが発見した結晶は、人間の髪の毛の約 2 パーセントの大きさに過ぎません。そのため、珍しいユレイライト ダイヤモンドで愛を告白できる日が近いとは考えられません。しかし、サレクは「[宇宙から] プロセスを模倣して、もっと大きな結晶を作ることが期待されています」と付け加えています。