En plus de sa fonction esthétique d'aider à créer les glorieuses aurores boréales, ou aurores boréales, le puissant champ magnétique qui entoure notre planète a également une valeur pratique assez importante :il rend la vie possible.

En déviant les particules chargées nocives du soleil et les rayons cosmiques qui bombardent constamment la planète, et empêcher le vent solaire d'éroder l'atmosphère, Le champ magnétique terrestre a permis à des formes de vie multicellulaires jusqu'à et y compris les humains de se développer et de survivre.

Et maintenant, avec la découverte de milliers de planètes au-delà du système solaire appelées exoplanètes, les scientifiques sont impatients de savoir si les "super-Terres" rocheuses, " jusqu'à 10 fois plus massive que la Terre, pourrait aussi être en mesure d'abriter la vie.

"Trouver des exoplanètes habitables est l'un des trois principaux objectifs des communautés de science planétaire et d'astronomie, " a déclaré Rick Kraus, physicien du Laboratoire national Lawrence Livermore. " Ces découvertes entraînent de nombreuses questions :à quoi ressemblent ces planètes ? Notre système solaire est-il unique ? La Terre est-elle unique ? Ou plus précisément, La Terre est-elle uniquement habitable ?"

Ces questions ont inspiré une campagne actuelle de découverte scientifique du National Ignition Facility (NIF) visant à déterminer si les planètes rocheuses géantes pourraient avoir des champs magnétiques semblables à ceux de la Terre. Une atmosphère, le climat doux et l'eau liquide sont généralement considérés comme l'essentiel pour la vie telle que nous la connaissons pour évoluer, mais la présence d'un champ magnétique est tout aussi importante, dit Kraus. "La tectonique des plaques actives et une magnétosphère sont toutes deux considérées comme des exigences pour une exoplanète habitable, " Il a dit. " Un environnement de surface stable exempt de rayonnement ionisant est l'une des qualités les plus importantes d'une planète qui sont considérées comme une exigence d'habitabilité. "

Le champ magnétique terrestre est généré lorsque les courants de convection dans le noyau externe de fer liquide de la planète sont tordus par la rotation de la planète, créer une magnéto-dynamo qui produit la magnétosphère (les dynamos convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique ou dans ce cas, magnétisme). Une planète avec seulement un noyau solide peut ne pas avoir de champ magnétique, et donc peu susceptible d'abriter la vie telle que nous la connaissons.

"Nous devons comprendre la transition de fusion des noyaux de fer afin de déterminer s'il est même possible d'avoir un noyau externe liquide et un noyau interne solide au sein d'une super-Terre, " dit Kraus.

La courbe de fusion est critique

"Les pressions intérieures des super-Terres sont si extrêmes, jusqu'à 35 millions de fois la pression atmosphérique (de la Terre), que nous avons très peu d'informations sur la façon dont les matériaux pourraient réellement se comporter en leur sein, " a-t-il ajouté. " La courbe de fusion du fer est essentielle pour répondre à la question de savoir si une super-Terre pourrait avoir une magnétosphère protectrice. C'est la solidification du fer induite par la pression qui libère la chaleur latente qui entraîne le flux convectif complexe dans le noyau d'une planète. »

L'équipe de recherche utilise une plate-forme expérimentale NIF appelée TARDIS (diffraction cible in situ) pour étudier la courbe de fusion du fer à des pressions allant de cinq à 20 mégabars (cinq à 20 millions d'atmosphères terrestres). Le diagnostic par diffraction des rayons X TARDIS est conçu pour faire la lumière sur les changements de phase, ou transitions structurelles entre états de la matière, qui se produisent dans des matériaux sous de telles pressions et températures extrêmes (voir « NIF's TARDIS vise à conquérir le temps et l'espace »).

La campagne s'appuie sur une nouvelle technique expérimentale développée à l'Omega Laser Facility de l'Université de Rochester. Les chercheurs choquent un échantillon de fer afin qu'il se liquéfie à 2,5 Mbar, puis utilisent une compression en rampe (sans choc) pour le comprimer à 10 Mbar. Diffraction des rayons X in situ, actuellement le moyen le plus accepté pour mesurer la fusion et la solidification, est utilisé pour confirmer que le premier choc a fait fondre le matériau et que l'onde de compression en rampe qui a suivi l'a fait se resolidifier (contrairement à la compression de choc, la compression en rampe maintient les températures de l'échantillon basses et permet l'étude de la matière comprimée à des densités extrêmes).

"Les expériences représentent également une avancée significative par rapport à ce qui peut être exploré sur la fusion du fer à l'aide d'expériences de compression statique, " a déclaré le chercheur principal de la campagne, Russell Hemley de l'Université George Washington, directeur du Carnegie/DOE Alliance Center (CDAC ). "Ces expériences à ce jour ont été limitées à des pressions d'environ trois Mbar - ou les pressions du noyau de la Terre - et ont été controversées. Par conséquent, les nouveaux résultats amélioreront également notre compréhension du noyau de notre propre planète et fourniront des informations cruciales sur la nature des super-Terres et leur habitabilité potentielle.

"Une façon de penser à cette expérience, " Kraus a dit, "est que nous utilisons l'onde de choc pour créer un état thermique dense et chaud dans le fer similaire à celui dans le noyau externe de fer liquide d'une super-Terre. Ensuite, en comprimant ensuite le fer sans choc, nous simulons le chemin thermodynamique que subirait une parcelle de fer convectant profondément dans le noyau liquide d'une super-Terre. Avec la diffraction des rayons X, nous pouvons répondre directement à la question de savoir si cette parcelle de fer se solidifierait en atteignant une profondeur prescrite."

Le NIF est la seule installation capable d'atteindre et de sonder ces états extrêmes de la matière. Les expériences nécessitent l'intensité énergétique élevée et soutenue uniquement réalisable sur NIF, et la capacité unique de mise en forme d'impulsions du laser permet une compression en rampe du fer de 5 à 20 Mbar. La campagne a reçu six jours de tournage au cours des exercices 2016 à 2018, assez pour 12 expériences.

"Si nous observons la solidification - la diffraction du fer solidifié - sur l'échelle de temps beaucoup plus courte d'une expérience laser, " Kraus a dit, "alors nous savons que la courbe de fusion est suffisamment raide pour avoir un noyau interne solide et un noyau externe liquide, qui pourrait permettre une magnéto-dynamo au sein des super-Terres. Puis, notre objectif est d'explorer les différents états d'entropie, ou profils de température, qui peut être réalisé dans les noyaux des super-Terres et sonder le chemin thermodynamique emprunté par une parcelle de fer liquide descendante. Cette découverte serait une étape cruciale dans la détermination des types de planètes extra-solaires qui pourraient être habitables."