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    Des expériences valident la possibilité d'une pluie d'hélium à l'intérieur de Jupiter et de Saturne

    Une équipe de recherche internationale, y compris des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory, ont validé une prédiction vieille de près de 40 ans et montré expérimentalement que la pluie d'hélium est possible à l'intérieur de planètes telles que Jupiter et Saturne (photo). Crédit :NASA/JPL/Space Science Institute.

    Il y a près de 40 ans, les scientifiques ont d'abord prédit l'existence de pluies d'hélium à l'intérieur de planètes composées principalement d'hydrogène et d'hélium, comme Jupiter et Saturne. Cependant, atteindre les conditions expérimentales nécessaires pour valider cette hypothèse n'a pas été possible jusqu'à présent.

    Dans un article publié aujourd'hui par La nature , les scientifiques révèlent des preuves expérimentales pour étayer cette prédiction de longue date, montrant que la pluie d'hélium est possible dans une gamme de conditions de pression et de température qui reflètent celles qui devraient se produire à l'intérieur de ces planètes.

    "Nous avons découvert que la pluie d'hélium est réelle, et peut se produire à la fois dans Jupiter et Saturne, " dit Marius Millot, physicien au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et co-auteur de la publication. "C'est important pour aider les planétologues à déchiffrer comment ces planètes se sont formées et ont évolué, ce qui est essentiel pour comprendre comment le système solaire s'est formé."

    "Jupiter est particulièrement intéressant car on pense qu'il a aidé à protéger la région de la planète intérieure où la Terre s'est formée, " a ajouté Raymond Jeanloz, co-auteur et professeur de sciences de la Terre et des planètes et d'astronomie à l'Université de Californie, Berkeley. "Nous sommes peut-être ici à cause de Jupiter."

    L'équipe de recherche internationale, qui comprenait des scientifiques du LLNL, le Commissariat aux énergies alternatives et à l'énergie atomique, l'Université de Rochester et l'Université de Californie, Berkeley, ont mené leurs expériences au Laboratoire d'énergie laser (LLE) de l'Université de Rochester.

    "Le couplage de la compression statique et des chocs laser est essentiel pour nous permettre d'atteindre des conditions comparables à l'intérieur de Jupiter et Saturne, mais c'est très difficile, " dit Millot. " Il fallait vraiment travailler sur la technique pour obtenir des preuves convaincantes. Cela a pris de nombreuses années et beaucoup de créativité de la part de l'équipe."

    L'équipe a utilisé des cellules à enclume de diamant pour comprimer un mélange d'hydrogène et d'hélium à 4 gigapascals, (GPa; environ 40, 000 fois l'atmosphère terrestre). Puis, les scientifiques ont utilisé 12 faisceaux géants du laser Omega de LLE pour lancer de fortes ondes de choc afin de comprimer davantage l'échantillon à des pressions finales de 60 à 180 GPa et de le chauffer à plusieurs milliers de degrés. Une approche similaire a été la clé de la découverte de la glace d'eau superionique.

    Grâce à une série d'outils de diagnostic ultrarapides, l'équipe a mesuré la vitesse du choc, la réflectivité optique de l'échantillon compressé et son émission thermique, constatant que la réflectivité de l'échantillon n'augmente pas régulièrement avec l'augmentation de la pression de choc, comme dans la plupart des échantillons que les chercheurs ont étudiés avec des mesures similaires. Au lieu, ils ont trouvé des discontinuités dans le signal de réflectivité observé, qui indiquent que la conductivité électrique de l'échantillon changeait brusquement, une signature du mélange d'hélium et d'hydrogène qui se sépare. Dans un article publié en 2011, Les scientifiques du LLNL Sébastien Hamel, Miguel Morales et Eric Schwegler ont suggéré d'utiliser les changements de réflectivité optique comme sonde pour le processus de démixtion.

    "Nos expériences révèlent des preuves expérimentales d'une prédiction de longue date :il existe une gamme de pressions et de températures auxquelles ce mélange devient instable et se démixe, " a déclaré Millot. " Cette transition se produit dans des conditions de pression et de température proches de celles nécessaires pour transformer l'hydrogène en un fluide métallique, et l'image intuitive est que la métallisation de l'hydrogène déclenche la démixtion."

    La simulation numérique de ce processus de démixtion est difficile en raison des effets quantiques subtils. Ces expériences fournissent une référence critique pour la théorie et les simulations numériques. Regarder vers l'avant, l'équipe continuera d'affiner la mesure et de l'étendre à d'autres compositions dans la poursuite continue d'améliorer notre compréhension des matériaux dans des conditions extrêmes.


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