La chaleur intérieure d'une planète provient de deux sources principales :l'énergie résiduelle accumulée lors des collisions entre planétésimaux lors de l'accrétion de la planète et la désintégration ultérieure des éléments radioactifs intégrés dans ce matériau.

L'uranium (U), le thorium (Th) et le potassium ont contribué de manière significative au bilan énergétique interne de la Terre, et l'ampleur de cette contribution est une contrainte clé sur l'évolution de l'intérieur. Cependant, parce qu'ils sont situés profondément dans la Terre, l'abondance de ces éléments a été jusqu'à présent difficile à estimer.

Dans leur étude publiée dans Geophysical Research Letters , Abe et al. présentent de nouvelles contraintes nettement plus fortes sur les abondances d'uranium et de thorium mesurées à l'aide d'une fenêtre d'observation unique :la détection des antineutrinos électroniques terrestres. Ces antineutrinos sont émis lors de la désintégration bêta de l'238U et du 232Th, puis traversent la Terre sans encombre. Une infime fraction de ces particules peut ensuite être mesurée par une expérience appelée Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND).

KamLAND, basé à Hida, Gifu, au Japon, est situé à 1 000 mètres sous terre dans un puits minier abandonné. Il utilise une grande cuve de liquide pour induire la réaction de désintégration bêta, dans laquelle un antineutrino entrant frappe un noyau atomique et convertit un proton en neutron et en positron. Ces particules peuvent alors être observées par le détecteur.

KamLAND était à l'origine destiné à observer les antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires commerciaux du Japon. Cependant, après l'accident nucléaire de Fukushima en 2011, ces réacteurs ont tous été arrêtés. L'absence soudaine d'antineutrinos produits artificiellement a considérablement augmenté la sensibilité de KamLAND à ceux d'origine naturelle. Au total, les auteurs présentent 18 années de données, dont près de la moitié ont été enregistrées depuis l'arrêt des réacteurs japonais.

Les chercheurs comparent le flux d'antineutrinos observé à ceux prédits par trois modèles d'abondance d'uranium et de thorium dans le manteau. Ces modèles correspondent à trois niveaux de chaleur ajoutés à l'intérieur :faible (10 à 15 térawatts), moyen (17 à 22 térawatts) et élevé (plus de 25 térawatts). Ils considèrent deux variantes de chaque modèle :une avec des radio-isotopes répartis uniformément dans tout le manteau et une avec eux concentrés à la frontière noyau-manteau.

Les données excluent les deux variantes du modèle à haute température avec une confiance supérieure à 97 %. Parce que ce modèle a été construit pour fournir la chaleur nécessaire pour soutenir la convection du manteau, il suggère que notre compréhension de cette convection peut nécessiter quelques modifications. + Explorer plus loin

Une avancée dans la résolution du problème de flux réacteur-neutrinos

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation d'Eos, hébergée par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.