既不是固体，也不是流体，既不是气体，也不是等离子体:行星和恒星内部的物质可以呈现一种特定的中间状态，温度高达数千度，压缩程度是地球大气的1000倍——专家们称之为温暖的致密物质。我们对它还有很多不了解的地方。实验室实验将改变这一切，但技术上非常复杂，因为这种奇异的状态在地球上不会自然发生。这一切都意味着，人工热致密物质的制作和研究对研究人员和理论家来说都是一个挑战。“但最后，如果我们想要模拟行星，我们必须了解温暖致密物质中的过程，”该研究的主要作者、测量方法背后的策划者多米尼克·克劳斯博士解释说。“我们现在有了一种非常有前途的基于x射线散射的新方法。我们的实验提供了重要的模型参数，而在此之前，我们只有巨大的不确定性。随着我们发现的系外行星越来越多，这一点将变得越来越重要。”

钻石雨——一种行星能源

在斯坦福大学SLAC国家加速器实验室，研究人员利用强激光研究了典型行星混合物中的物质结构，在冰巨星的例子中，是碳氢化合物。标准塑料薄膜作为行星碳氢化合物的替代品。光学高能激光将塑料转化为温暖的致密物质:短而强的激光脉冲在薄膜中产生冲击波，将塑料压缩到极限。克劳斯在说明尺寸时说:“我们生产了大约150万块，这相当于250头非洲大象的重量对缩略图表面施加的压力。”激光冲击波也会将物质加热到大约5000度。为了评估效果，研究人员向样品发射了超强的x射线激光。根据光在穿过样品时的散射情况，他们可以推断出物质的结构。

研究人员观察到，在温暖致密的物质状态下，以前是塑料的物质会产生钻石。高压能把碳氢化合物分解成碳和氢。释放出来的碳原子紧凑地形成钻石结构。对于像海王星和天王星这样的行星来说，这意味着在它们内部形成钻石可以触发额外的能量来源。这些钻石比它们周围的物质更重，并以一种钻石雨的形式慢慢下沉到行星的核心。在这个过程中，它们与周围环境摩擦并产生热量——这是行星模型的一个重要因素。

x射线散射提高了测量精度

在早期的实验中，克劳斯和他的团队首次在实验环境中使用x射线衍射证明了行星上可能形成钻石。但是x射线的衍射模式只能揭示晶体结构。利用额外的探测器，研究人员现在还分析了光是如何被物质中的电子散射的。他们将各种散射成分相互比较，并与理论模拟进行了比较。这个过程可以精确地观察物质的整个结构。克劳斯解释说:“在冰巨星的例子中，我们现在知道，碳在分离时几乎完全形成了钻石，而不是以流体的形式过渡。”

该方法不仅比x射线衍射更灵敏，而且由于对分析光源的技术要求更低，因此可以更广泛地使用。国际研究小组目前正计划将其应用于类似于气态行星的氢混合物，以及在小恒星内部发现的压缩纯氢。这些实验计划在欧洲XFEL的亥姆霍兹国际极端场光束线(HIBEF)进行，可以帮助研究人员了解我们已经知道的太阳系外的许多行星，以确定其中任何一个行星上是否可能存在生命。

聚变实验也可以从新的测量方法中获益。核聚变研究还试图在地球上重现恒星在巨大压力下发生的过程。在惯性约束聚变过程中，氘和氚燃料被加热到极端并被压缩——温暖的致密物质是一种中间状态。在x射线散射的帮助下，可以精确地监测这一过程。