La structure interne des planètes extérieures du système solaire reste un mystère pour les astronomes. Dans le cas de Jupiter, la sonde spatiale Juno de la NASA aide à résoudre ce mystère. Et dans le laboratoire terrestre, les chercheurs ont trouvé des indices qui vous permettent de regarder au plus profond des géants de glace Neptune et Uranus. Et il s'est avéré qu'il pourrait y avoir des pluies de diamants là-bas.
Une équipe internationale de chercheurs a pu montrer que des composés d'hydrocarbures se divisent à l'intérieur des planètes de glace géantes - Neptune et Uranus. Cela transforme le carbone en une "pluie de diamants".
Les scientifiques du Centre Helmholtz de Dresden-Rossendorf (HZDR), en collaboration avec leurs collègues allemands et américains, ont pu montrer que des "pluies de diamants" se forment à l'intérieur des géantes de glace de notre système solaire. À l'aide de lasers à rayons X à très haute puissance et d'autres installations du Stanford National Accelerator Laboratory (SLAC) en Californie, ils ont simulé la structure interne des géants de l'espace. Grâce à cela, les scientifiques ont pu pour la première fois en temps réel observer la décomposition des hydrocarbures et la transformation du carbone en diamant.
Un noyau solide enveloppé de couches denses de «glace» - c'est à quoi ressemble la structure interne des planètes Neptune et Uranus. Cette glace spatiale est composée principalement d'hydrocarbures, d'eau et d'ammoniac. Et depuis très longtemps, les astrophysiciens ont eu tendance à penser que la pression extrêmement élevée, qui règne ici à des profondeurs d'environ 10 mille kilomètres, conduit à la décomposition des hydrocarbures. Dans ce cas, des diamants se forment, qui plongent plus loin dans les profondeurs des planètes.
«Jusqu'à présent, personne n'a pu observer des précipitations aussi brillantes dans une expérience directe», déclare le Dr Dominik Kraus du HZDR. Mais c'est en cela que lui et le groupe international de chercheurs dirigé par lui ont réussi. "Au cours de nos recherches, nous avons placé une forme spéciale de plastique - le polystyrène, qui est basé sur un mélange de carbone et d'hydrogène, dans des conditions similaires à celles existant à l'intérieur de Neptune et d'Uranus."
Pour obtenir l'effet souhaité, ils ont envoyé deux ondes de choc à travers les échantillons, excitées par des lasers optiques extrêmement puissants en combinaison avec une source de rayons X SLAC appelée Linear Coherent Light Source (LCLS). En conséquence, le plastique a été comprimé sous une pression d'environ 150 gigapascals à une température d'environ 5 000 degrés Celsius. «La première vague, plus faible et plus lente, a été dépassée par la deuxième vague plus puissante», explique Kraus. "Et c'est au moment même où les deux vagues se croisent que la plupart des diamants se forment."
Comme cela ne dure qu'une fraction de seconde, les chercheurs ont utilisé une défraction des rayons X à grande vitesse, qui leur a fourni un instantané de la formation du diamant et des processus chimiques. «Les expériences montrent que presque tous les atomes de carbone se combinent pour former des structures de diamant de taille nanométrique», résume le scientifique de Dresde. Sur la base des résultats, les auteurs de l'étude suggèrent que les diamants sur Neptune et Uranus forment des structures beaucoup plus grandes et s'installent lentement au cœur de la planète pendant des milliers et des millions d'années.
«À partir des données expérimentales que nous avons reçues, nous pouvons également glaner des informations qui nous permettront de mieux comprendre la structure des exoplanètes», explique Kraus à propos des prospects. Pour de telles géantes spatiales en dehors du système solaire, les chercheurs ne peuvent mesurer que deux paramètres: la masse, qui est déterminée à partir des oscillations de position de leur étoile mère, et le rayon, que les astronomes dérivent de la gradation qui se produit lorsque la planète passe devant le disque stellaire. La relation entre les deux valeurs vous permet d'obtenir les données initiales sur la structure chimique, par exemple, si la planète est constituée d'éléments légers ou lourds.
Vidéo promotionelle:
«Et les processus chimiques à l'intérieur des planètes nous révèlent des aspects qui nous permettent de tirer des conclusions sur les propriétés de base de ces corps célestes», poursuit Kraus. «Grâce à cela, nous pouvons améliorer et améliorer les modèles planétaires déjà existants en science. Des études montrent que la modélisation n'est pas encore une méthode particulièrement précise."
Mais avec les connaissances astrophysiques, les expériences peuvent aussi avoir une valeur pratique. Ainsi, par exemple, les nanodiamants formés lors d'expériences peuvent être utilisés pour des instruments électroniques et dans la technologie médicale, ainsi que pour la découpe de matériaux dans la production industrielle. Jusqu'à présent, les diamants artificiels sont fabriqués à l'aide d'explosions. Mais les faire en utilisant la technologie laser rendra cette production plus propre et plus contrôlée.
Les scientifiques ont écrit sur les résultats de la recherche dans un article publié dans la revue Nature Astronomy.
