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Il pleut des diamants sur Neptune et Uranus et on sait maintenant pourquoi

Une récente expérience de laboratoire reproduisant les mêmes conditions que sur les deux planètes a démontré que les pluies de diamants existent bel et bien sur Neptune et Uranus.

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Les planètes oubliées

Neptune et Uranus, les planètes les plus éloignées de notre système solaire, ont souvent été négligées. Mais une nouvelle étude menée par des scientifiques a donné une tournure glamour à ces géantes bleues oubliés : des projections de diamants sous leur surface planétaire. Les chercheurs ont mené une expérience en laboratoire qui suggère qu’un processus chimique remarquable a probablement lieu dans les profondeurs des atmosphères d’Uranus et de Neptune. La nouvelle étude a été publiée dans la revue Nature en mai 2020.

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Sur la base des données recueillies sur ces planètes, les scientifiques savent que Neptune et Uranus possèdent toutes deux des conditions environnementales extrêmes à des milliers de kilomètres sous leur surface, où elles peuvent atteindre une chaleur de plusieurs milliers de degrés et des niveaux de pression élevés, malgré leurs atmosphères glaciales (aux alentours de -220°C) qui leur ont valu le surnom de géantes de glace.

Une hypothèse à vérifier

Une équipe de scientifiques internationaux, dont des chercheurs du laboratoire national de l’accélérateur SLAC du département américain de l’énergie, a mené une expérience pour imiter de près les conditions intérieures des planètes et établir ce qui se passe à l’intérieur de celles-ci.

Étant donné la pression extrêmement élevée à l’intérieur des deux planètes, l’hypothèse de travail du groupe était que la pression était suffisamment forte pour séparer les composés d’hydrocarbures à l’intérieur des planètes en leurs plus petites formes, qui durciraient ensuite le carbone en diamants.

Reproduire la pluie de diamants

Ils ont donc décidé de tester la théorie de la pluie de diamants en utilisant une technique expérimentale jamais utilisée auparavant. Précédemment, les chercheurs avaient utilisé le laser à rayons X Linac Coherent Light Source (LCLS) de SLAC afin d’obtenir une mesure exacte de la création de « matière dense chaude », un mélange à haute pression et haute température qui, selon les scientifiques, était au cœur des géantes de glace comme Neptune et Uranus.

En outre, les chercheurs ont également utilisé une technique appelée « diffraction des rayons X » qui prend « une série d’instantanés de la façon dont les échantillons réagissent aux ondes de choc produites par le laser qui imitent les conditions extrêmes rencontrées sur d’autres planètes ». Cette méthode a très bien fonctionné avec des échantillons de cristaux, mais n’était pas appropriée pour examiner les non-cristaux qui possèdent des structures plus aléatoires.

La cristallisation du carbone

Cependant, dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une technique différente appelée « diffusion de Thomson par rayons X » qui a permis aux scientifiques de reproduire avec précision les résultats de la diffraction tout en observant comment les éléments des échantillons non cristallins se sont mélangés.

Grâce à cette technique de diffusion, les chercheurs ont pu reproduire les diffractions exactes d’un hydrocarbure qui s’est séparé en carbone et en hydrogène comme à l’intérieur de Neptune et d’Uranus. Le résultat a été la cristallisation du carbone par la pression et la chaleur extrêmes de l’environnement. Cela se traduirait probablement par une pluie de diamants à près de 10 000 km sous terre, s’enfonçant lentement vers les noyaux des planètes.

De nouvelles formes d’énergie de fusion ?

Cette recherche fournit des données sur un phénomène très difficile à modéliser par ordinateur : la « miscibilité » de deux éléments, ou la façon dont ils se combinent lorsqu’ils sont mélangés », a déclaré le directeur du projet LCLS, Mike Dunne. « Ici, ils voient comment deux éléments se séparent, comme la mayonnaise qui se sépare à nouveau en huile et en vinaigre. L’expérience de laboratoire réussie utilisant la nouvelle technique sera également utile pour examiner l’environnement d’autres planètes.

« Cette technique nous permettra de mesurer des processus intéressants qui sont autrement difficiles à recréer », a déclaré Dominik Kraus, un scientifique du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, un institut de recherche allemand, qui a dirigé la nouvelle étude. « Par exemple, nous pourrons voir comment l’hydrogène et l’hélium, des éléments que l’on trouve à l’intérieur de géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne, se mélangent et se séparent dans ces conditions extrêmes ». Il a ajouté : « C’est une nouvelle façon d’étudier l’histoire de l’évolution des planètes et des systèmes planétaires, ainsi que de soutenir les expériences vers de futures formes potentielles d’énergie de fusion ».

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