Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Mungo Frost du centre de recherche SLAC en Californie a acquis de nouvelles connaissances sur la formation de pluies de diamants sur des planètes glacées telles que Neptune et Uranus grâce au laser à rayons X XFEL d'Europe à Schenfeld. Les résultats, désormais publiés dans la revue scientifique Nature Astronomy, fournissent également des indices sur la formation des champs magnétiques complexes de ces planètes.

Dans des études antérieures au laser à rayons X, les scientifiques ont découvert que les diamants devraient se former à partir de composés carbonés présents dans les grandes planètes gazeuses en raison de la haute pression qui règne à l'intérieur de celles-ci. Ces composés carbonés s'enfoncent ensuite plus profondément à l'intérieur de la planète, se transformant en une pluie de pierres précieuses venant d'en haut.

On voit ici une pluie de diamants à l’intérieur d’une planète, constituée de diamants s’enfonçant dans la glace environnante. À mesure qu’elle pénètre plus profondément dans la planète, la pression et la température continuent d’augmenter. Même dans les régions extrêmement chaudes, la glace reste en raison de la pression extrêmement élevée. Source : XFEL Europe/Tobias Wüstefeld

Une nouvelle expérience menée au XFEL en Europe a montré que la pression et la température initiales auxquelles les composés carbonés forment les diamants sont toutes deux inférieures à ce que l'on pensait. Pour les planètes gazeuses, cela signifie que la pluie de diamants se forme à des profondeurs plus basses que prévu et peut donc avoir un impact plus important sur la formation des champs magnétiques. De plus, des pluies de diamants peuvent également se former sur des planètes gazeuses plus petites que Neptune et Uranus. On les appelle les « petits Neptune ». Une telle planète n’existe pas dans le système solaire, mais de telles exoplanètes existent en dehors du système solaire.

Lorsque la pluie de diamant s'écoule de la couche externe de la planète vers la couche interne, elle entraînera du gaz et de la glace, provoquant des écoulements de glace conducteurs. Le courant dans un fluide conducteur agit comme un générateur à travers lequel se forme le champ magnétique de la planète. "La pluie de diamants pourrait avoir un impact sur la formation de champs magnétiques complexes sur Uranus et Neptune", a déclaré Frost.

Station expérimentale HED du XFEL européen. Source de l'image : EuropéenXFEL/JanHosan EuropéenXFEL/JanHosan

L’équipe de recherche a utilisé des films plastiques fabriqués à partir d’hydrocarbure polystyrène comme source de carbone. Sous une pression extrêmement élevée, le diamant se forme à partir du film – le même processus qui se produit à l’intérieur des planètes et que le XFEL européen peut imiter. Les chercheurs ont utilisé des unités d'extrusion de diamant et des lasers pour générer la haute pression et la température de plus de 2 200 degrés Celsius qui sont courantes à l'intérieur des planètes géantes de glace. L'installation fonctionne comme une petite pince, l'échantillon étant serré entre deux diamants. Grâce aux impulsions de rayons X européennes XFEL, le moment, les conditions et la séquence de formation du diamant lors de la compression peuvent être observés avec précision.

L'équipe de recherche internationale comprend également des scientifiques de XFEL Europe, du DESY Research Center Hamburg et du Helmholtz Center Dresden-Rosendorfer, ainsi que des scientifiques d'autres instituts de recherche et universités de différents pays. L'Alliance européenne des utilisateurs de XFEL HIBEF (comprenant les centres de recherche HZDR et DESY) a apporté une contribution significative à ces travaux.

"Grâce à cette collaboration internationale, nous avons réalisé d'énormes progrès au XFEL européen et acquis de nouvelles connaissances sur les planètes glacées", a déclaré Frost.

Source compilée : ScitechDaily