Illustration d'une planète riche en carbone avec du diamant et de la silice comme principaux minéraux. L'eau peut convertir une planète de carbure en une planète riche en diamants. A l'intérieur, les principaux minéraux seraient le diamant et la silice (une couche avec des cristaux dans l'illustration). Le noyau (bleu foncé) pourrait être un alliage fer-carbone. Crédits :Shim/ASU/Vecteezy
Comme des missions comme le télescope spatial Hubble de la NASA, TESS et Kepler continuent de fournir des informations sur les propriétés des exoplanètes (planètes autour d'autres étoiles), les scientifiques sont de plus en plus capables de reconstituer à quoi ressemblent ces planètes, de quoi ils sont faits, et s'ils pouvaient être habitables ou même habités.
Dans une nouvelle étude publiée récemment dans Le Journal des sciences planétaires , une équipe de chercheurs de l'Arizona State University (ASU) et de l'Université de Chicago ont déterminé que certaines exoplanètes riches en carbone, étant donné les bonnes circonstances, pourrait être fait de diamants et de silice.
"Ces exoplanètes ne ressemblent à rien dans notre système solaire, ", déclare l'auteur principal Harrison Allen-Sutter de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU.
Formation d'exoplanètes en diamant
Quand les étoiles et les planètes se forment, ils le font à partir du même nuage de gaz, donc leurs compositions en vrac sont similaires. Une étoile avec un rapport carbone/oxygène inférieur aura des planètes comme la Terre, composé de silicates et d'oxydes avec une très faible teneur en diamant (la teneur en diamant de la Terre est d'environ 0,001%).
Mais les exoplanètes autour des étoiles avec un rapport carbone/oxygène plus élevé que notre soleil sont plus susceptibles d'être riches en carbone. Allen-Sutter et les co-auteurs Emily Garhart, Kurt Leinenweber et Dan Shim de l'ASU, avec Vitali Prakapenka et Eran Greenberg de l'Université de Chicago, a émis l'hypothèse que ces exoplanètes riches en carbone pourraient se convertir en diamant et en silicate, si l'eau (qui est abondante dans l'univers) était présente, créant une composition riche en diamants.
Dans une cellule à enclume de diamant, deux diamants monocristallins de qualité gemme sont façonnés en enclumes (dessus plat sur la photo) puis tournés l'un vers l'autre. Les échantillons sont chargés entre les colettes (surfaces planes), puis l'échantillon est comprimé entre les enclumes. Crédit :Shim/ASU
Diamant-enclumes et rayons X
Pour tester cette hypothèse, l'équipe de recherche avait besoin d'imiter l'intérieur des exoplanètes de carbure en utilisant une chaleur et une pression élevées. Faire cela, ils ont utilisé des cellules à enclume de diamant à haute pression au laboratoire du co-auteur Shim pour la Terre et les matériaux planétaires.
D'abord, ils ont immergé du carbure de silicium dans de l'eau et comprimé l'échantillon entre des diamants à une pression très élevée. Puis, pour surveiller la réaction entre le carbure de silicium et l'eau, ils ont effectué un chauffage au laser au laboratoire national d'Argonne dans l'Illinois, prendre des mesures aux rayons X pendant que le laser chauffait l'échantillon à haute pression.
Comme ils l'avaient prédit, avec une chaleur et une pression élevées, le carbure de silicium a réagi avec l'eau et s'est transformé en diamants et en silice.
Une planète carbonée non altérée (à gauche) passe d'un manteau dominé par le carbure de silicium à un manteau dominé par la silice et le diamant (à droite). La réaction produit également du méthane et de l'hydrogène. Crédit :Harrison/ASU
Habitabilité et habitabilité
Jusque là, nous n'avons pas trouvé de vie sur d'autres planètes, mais la recherche continue. Les planétologues et les astrobiologistes utilisent des instruments sophistiqués dans l'espace et sur Terre pour trouver des planètes avec les bonnes propriétés et le bon emplacement autour de leurs étoiles où la vie pourrait exister.
Les objets en forme de cylindre sur cette photo sont des cellules à enclume en diamant. Les cellules à enclume de diamant sont montées dans des supports en cuivre puis insérées dans le trajet du faisceau de rayons X/laser du synchrotron. La photo montre des cellules à enclume en diamant et des montures avant qu'elles ne soient alignées pour des expériences aux rayons X/laser. Crédit :Shim/ASU
Pour les planètes riches en carbone qui font l'objet de cette étude, cependant, ils n'ont probablement pas les propriétés nécessaires à la vie.
Alors que la Terre est géologiquement active (un indicateur d'habitabilité), les résultats de cette étude montrent que les planètes riches en carbone sont trop dures pour être géologiquement actives et ce manque d'activité géologique peut rendre la composition atmosphérique inhabitable. Les atmosphères sont essentielles à la vie car elles nous fournissent de l'air à respirer, protection contre l'environnement hostile de l'espace, et même la pression pour permettre l'eau liquide.
"Quelle que soit l'habitabilité, il s'agit d'une étape supplémentaire pour nous aider à comprendre et à caractériser nos observations toujours croissantes et améliorées des exoplanètes, " dit Allen-Sutter. " Plus nous apprenons, mieux nous pourrons interpréter les nouvelles données des futures missions à venir comme le télescope spatial James Webb et le télescope spatial romain Nancy Grace pour comprendre les mondes au-delà de notre propre système solaire. »
