Les intérieurs des deux géantes gazeuses, Jupiter et Saturne, sont des endroits assez extrêmes. Habituellement, lorsque nous pensons à un métal liquide, nous pensons au mercure liquide à température ambiante (ou au métal liquide T-1000 remonté joué par Robert Patrick dans le film Terminator 2), nous considérons rarement deux des éléments les plus abondants de l'Univers comme un métal liquide dans certaines conditions. Et pourtant, c'est ce que prétend une équipe de physiciens de l'UC Berkley; l'hélium et l'hydrogène peuvent se mélanger, forcés par les pressions massives près des noyaux de Jupiter et de Saturne, formant un alliage de métal liquide, changeant peut-être notre perception de ce qui se cache sous ces tempêtes joviennes…
Habituellement, les physiciens et les chimistes planétaires concentrent leur attention sur les caractéristiques de l'élément le plus abondant de l'Univers: l'hydrogène. En effet, plus de 90% de Jupiter et de Saturne sont également de l'hydrogène. Mais dans les atmosphères de ces géants gazeux, ce n'est pas le simple atome d'hydrogène, c'est le gaz hydrogène diatomique étonnamment complexe (c'est-à-dire l'hydrogène moléculaire, H2). Ainsi, pour comprendre la dynamique et la nature de l'intérieur des planètes les plus massives de notre système solaire, les chercheurs de UC Berkley et Londres étudient un élément beaucoup plus simple; le deuxième gaz le plus abondant de l'Univers: l'hélium.
Raymond Jeanloz, professeur à l'UC Berkeley, et son équipe ont découvert une caractéristique intéressante de l'hélium aux pressions extrêmes qui peuvent être exercées près des noyaux de Jupiter et de Saturne. L'hélium formera un alliage liquide métallique lorsqu'il sera mélangé à l'hydrogène. Cet état de la matière était considéré comme rare, mais ces nouvelles découvertes suggèrent que les alliages d'hélium en métal liquide pourraient être plus courants que nous ne le pensions auparavant.
“C'est une percée dans notre compréhension des matériaux, et c'est important parce que pour comprendre l'évolution à long terme des planètes, nous devons en savoir plus sur leurs propriétés au plus profond. La découverte est également intéressante du point de vue de comprendre pourquoi les matériaux sont tels qu'ils sont, et ce qui détermine leur stabilité et leurs propriétés physiques et chimiques. " - Raymond Jeanloz.
Jupiter par exemple exerce une énorme pression sur les gaz de son atmosphère. En raison de sa grande masse, on peut s'attendre à des pressions allant jusqu'à 70 millions d'atmosphères terrestres (non, ce n'est pas suffisant pour démarrer la fusion…), créant des températures centrales comprises entre 10 000 et 20 000 K (c'est 2 à 4 fois plus chaud La photosphère du soleil!). L'hélium a donc été choisi comme élément à étudier dans ces conditions extrêmes, un gaz qui représente 5 à 10% de la matière observable de l'Univers.
En utilisant la mécanique quantique pour calculer le comportement de l'hélium sous différentes pressions et températures extrêmes, les chercheurs ont découvert que l'hélium se transformerait en métal liquide à très haute pression. L'hélium est généralement considéré comme un gaz incolore et transparent. Dans les conditions Terre-atmosphère, cela est vrai. Cependant, il se transforme en une créature entièrement différente dans 70 millions d'atmosphères terrestres. Plutôt que d'être un gaz isolant, il se transforme en une substance métallique liquide conductrice, plus comme le mercure, "seulement moins réfléchissant», A ajouté Jeanloz.
Ce résultat est une surprise, car on a toujours pensé que des pressions massives rendaient plus difficile pour des éléments comme l'hydrogène et l'hélium de devenir métalliques. En effet, les températures élevées dans des endroits comme le noyau de Jupiter provoquent une augmentation des vibrations dans les atomes, déviant ainsi les trajectoires des électrons qui tentent de circuler dans le matériau. S'il n'y a pas de flux d'électrons, le matériau devient un isolant et ne peut pas être appelé «métal».
Cependant, ces nouvelles découvertes suggèrent que les vibrations atomiques sous ces types de pressions ont en fait l'effet contre-intuitif de créer de nouvelles voies pour que les électrons s'écoulent. Soudain, l'hélium liquide devient conducteur, ce qui signifie qu'il s'agit d'un métal.
Dans une autre tournure, on pense que le métal liquide d'hélium pourrait facilement se mélanger à l'hydrogène. La physique planétaire nous dit que ce n'est pas possible, l'hydrogène et l'hélium se séparent comme l'huile et l'eau à l'intérieur des corps géants du gaz. Mais l'équipe de Jeanloz a découvert que les deux éléments pouvaient en fait se mélanger, créant un alliage de métal liquide. Si tel doit être le cas, il faut repenser sérieusement l'évolution planétaire.
Jupiter et Saturne libèrent plus d'énergie que ce que le Soleil fournit, ce qui signifie que les deux planètes génèrent leur propre énergie. Le mécanisme accepté est la condensation de gouttelettes d'hélium qui tombent des atmosphères supérieures des planètes et vers le cœur, libérant un potentiel gravitationnel lorsque l'hélium tombe sous forme de «pluie». Cependant, si cette recherche s'avère être le cas, l'intérieur du géant gazeux sera probablement beaucoup plus homogène qu'on ne le pensait auparavant, ce qui signifie qu'il ne peut y avoir de gouttelettes d'hélium.
La tâche suivante de Jeanloz et de son équipe consiste donc à trouver une autre source d'énergie générant de la chaleur dans les noyaux de Jupiter et de Saturne (alors n'allez pas encore réécrire les manuels…)
Source: UC Berkeley
