La «pluie de diamants» sur les planètes géantes glacées peut être plus courante que prévu

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Une étude a révélé que la «pluie de diamants», un type de retombées exotiques longtemps théorisé par les scientifiques sur les planètes géantes glacées, pourrait être plus courante qu’on ne le pensait auparavant.

Dans une expérience précédente, les auteurs ont simulé les températures et les pressions extrêmes trouvées au sein des géantes glacées Neptune et Uranus et, pour la première fois, ont observé la formation d’une telle pluie de diamants.

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Selon les astronomes, Uranus et Neptune sont les planètes où pleuvent les diamants. Image : comète géo –

En étudiant ce processus dans un nouveau matériau qui ressemble plus à la composition chimique de Neptune et d’Uranus, des scientifiques du National Acceleration Laboratory (SLAC) du Département américain de l’énergie ont découvert que la présence d’oxygène augmente la probabilité de formation de diamants, leur permettant de se développer dans un plus large éventail de conditions et sur plus de planètes.

Publié dans la revue Avancées scientifiques À partir de vendredi, la nouvelle étude fournit non seulement une image plus complète de la façon dont les pluies de diamants se forment sur d’autres planètes, mais montre également comment, ici sur Terre, cela pourrait conduire à une nouvelle façon de fabriquer des nanodiamants. Ce produit a une large gamme d’applications dans l’administration de médicaments au corps, les capteurs médicaux, la chirurgie non invasive, la fabrication durable et l’électronique quantique.

« L’article précédent était la première fois que nous voyions directement la formation de diamants à partir de n’importe quel mélange », a déclaré Siegfried Glenzer, directeur de la division High Energy Density du SLAC. « Depuis lors, de nombreuses expériences ont été menées avec différents matériaux purs. Mais à l’intérieur des planètes, c’est beaucoup plus compliqué ; il y a beaucoup plus de produits chimiques dans le mélange. Et donc ce que nous voulions savoir ici, c’était quel genre d’effet ces produits chimiques supplémentaires ont.

Dans l’expérience précédente, les chercheurs ont étudié un matériau plastique composé d’un mélange d’hydrogène et de carbone, composants clés de la composition chimique globale de Neptune et d’Uranus. Cependant, en plus du carbone et de l’hydrogène, les géantes glacées contiennent d’autres éléments, comme de grandes quantités d’oxygène.

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En étudiant des matériaux qui ressemblent encore plus à la composition des planètes géantes glacées, les chercheurs ont découvert que l’oxygène améliore la formation de pluie de diamants. L’équipe a également trouvé des preuves qu’en combinaison avec les diamants, une phase d’eau nouvellement découverte, souvent décrite comme de la « glace noire chaude », pourrait se former. Crédit : Greg Stewart/Laboratoire national des accélérateurs SLAC

Cette fois, les chercheurs ont utilisé du plastique PET – souvent utilisé dans les emballages alimentaires, les bouteilles et les contenants en plastique – pour reproduire plus précisément la composition de ces planètes.

« Le PET a un bon équilibre de carbone, d’hydrogène et d’oxygène pour simuler l’activité sur les planètes de glace », a déclaré Dominik Krauss, physicien au laboratoire de recherche Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) à Dresde et professeur à l’Université de Rostock, tous les deux en Allemagne.

Selon Krauss, ils ont utilisé un laser optique de haute puissance sur l’instrument. Matière en conditions extrêmes (MEC) du SLAC pour créer des ondes de choc dans le plastique PET. Ils ont donc sondé ce qui s’est passé dans le matériau avec des impulsions de rayons X.

En utilisant une méthode appelée diffraction des rayons X, ils ont observé comment les atomes du matériau étaient réarrangés en minuscules régions de diamants. Simultanément, une méthode appelée diffusion aux petits angles, qui n’avait pas été testée dans le premier article, a été utilisée pour mesurer l’ampleur et la vitesse de croissance de ces régions.

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Dans l’expérience, une fine feuille de plastique PET ordinaire a été ciblée avec un laser. Les puissants flashs laser qui ont frappé l’échantillon de matériau ont rapidement chauffé la feuille à 6000 ° C et ont ainsi généré une onde de choc qui a comprimé la matière à des millions de fois la pression atmosphérique pendant quelques nanosecondes. Les scientifiques ont pu déterminer que les soi-disant nanodiamants se formaient sous une pression extrême. Crédit : HZDR / Blaurock

Grâce à cette méthode supplémentaire, l’équipe a pu déterminer que ces régions de diamant atteignaient quelques nanomètres de largeur. Ils ont découvert qu’avec la présence d’oxygène dans le matériau, les nanodiamants pouvaient se développer à des pressions et des températures inférieures à celles observées précédemment.

« L’effet de l’oxygène était d’accélérer la séparation du carbone et de l’hydrogène et ainsi d’encourager la formation de nanodiamants », a déclaré Krauss. « Cela signifiait que les atomes de carbone pouvaient se combiner plus facilement et former des diamants. »

Les chercheurs pensent que les diamants de Neptune et d’Uranus deviendraient beaucoup plus gros que les nanodiamants produits dans ces expériences – peut-être des millions de carats en poids. Pendant des milliers d’années, les diamants peuvent couler lentement à travers les calottes glaciaires des planètes et se rassembler en une épaisse tache rougeoyante autour du noyau planétaire solide.

D’après le site Physique, l’équipe a également trouvé des preuves que, en combinaison avec des diamants, de l’eau superionique peut également se former. Cette phase de l’eau récemment découverte, souvent décrite comme de la « glace noire chaude », existe à des températures et des pressions extrêmement élevées.

Dans ces conditions extrêmes, les molécules d’eau se séparent et les atomes d’oxygène forment un réseau cristallin dans lequel les noyaux d’hydrogène flottent librement. Parce que ces noyaux flottants sont chargés électriquement, l’eau superionique peut conduire le courant électrique et éventuellement expliquer les champs magnétiques inhabituels sur Uranus et Neptune.

La recherche indique également une voie potentielle pour produire des nanodiamants par compression par choc à laser de plastiques PET bon marché. Bien que déjà incluses dans les abrasifs et les agents de polissage, ces petites pierres pourraient potentiellement être utilisées à l’avenir pour des capteurs quantiques, des agents de contraste médicaux et des accélérateurs de réaction pour les énergies renouvelables.

« La façon dont les nanodiamants sont actuellement fabriqués consiste à prendre un tas de carbone ou de diamant et à le faire exploser avec des explosifs », a déclaré Benjamin Ofori-Okai, scientifique et contributeur du SLAC. « Cela crée des nanodiamants de différentes tailles et formes, et est difficile à contrôler. Ce que nous voyons dans cette expérience est une réactivité différente de la même espèce sous haute température et pression. Dans certains cas, les diamants semblent se former plus rapidement que d’autres, ce qui suggère que la présence de ces autres produits chimiques pourrait accélérer ce processus. La production au laser pourrait offrir une méthode plus propre et plus facilement contrôlée de production de nanodiamants. Si nous pouvons concevoir des moyens de changer certaines choses concernant la réactivité, nous pouvons changer la rapidité avec laquelle elles se forment et donc leur taille.

À l’avenir, les chercheurs prévoient des expériences similaires utilisant des échantillons liquides contenant de l’éthanol, de l’eau et de l’ammoniac – essentiellement de quoi Uranus et Neptune sont faits – ce qui les rapprochera encore plus de la compréhension exacte de la formation des pluies de diamants sur d’autres planètes.

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