De nouvelles recherches informatiques suggèrent que les intérieurs d’Uranus et de Neptune pourraient contenir une forme de matière jusqu’alors inconnue. Les scientifiques ont identifié un « état superionique quasi unidimensionnel » de l’hydrure de carbone, une découverte qui pourrait fondamentalement changer notre compréhension du fonctionnement de ces planètes massives.
Le mystère des géants de glace
Uranus et Neptune sont classées comme « géantes de glace », terme qui fait référence à leur composition plutôt qu’à leur température. Contrairement aux géantes gazeuses Jupiter et Saturne, qui sont principalement constituées d’hydrogène et d’hélium, ces planètes possèdent d’épaisses couches de « glaces chaudes » situées entre leur atmosphère extérieure et leur noyau rocheux.
Ces couches sont composées d’eau, de méthane et d’ammoniac. Cependant, les conditions au plus profond de ces planètes sont si extrêmes que les règles chimiques standard ne s’appliquent plus. Pour comprendre ces environnements, les chercheurs doivent regarder au-delà des états traditionnels de la matière (solide, liquide et gazeux) pour explorer la physique exotique née de la pression et de la chaleur intenses.
Un état hybride de la matière
À l’aide du calcul haute performance et de l’apprentissage automatique, une équipe dirigée par le Dr Cong Liu de la Carnegie Institution for Science a simulé le comportement de l’hydrure de carbone dans des conditions imitant les profondeurs intérieures de ces planètes. Les simulations ont porté sur :
* Pression extrême : 500 à 3 000 gigapascals (jusqu’à 30 millions de fois la pression atmosphérique terrestre).
* Températures élevées : 4 000 à 6 000 Kelvin.
Les résultats ont révélé un état superionique, une phase rare de la matière qui agit comme un hybride entre un solide et un liquide. Dans cet état, un type d’atome forme une structure cristalline rigide (le carbone), tandis qu’un autre type d’atome (l’hydrogène) devient mobile et circule à travers cette structure.
La Découverte “Spirale”
Ce qui rend cette découverte spécifique unique, c’est la direction dans laquelle l’hydrogène se déplace. Plutôt que de circuler librement dans toutes les directions comme un liquide, les atomes d’hydrogène se déplacent le long de voies hélicoïdales (en spirale) bien définies au sein de la structure carbonée.
“Cette phase carbone-hydrogène nouvellement prévue est particulièrement frappante car le mouvement atomique n’est pas entièrement tridimensionnel”, a noté le Dr Ronald Cohen de la Carnegie Institution for Science. “Au lieu de cela, l’hydrogène se déplace préférentiellement le long de voies hélicoïdales bien définies intégrées dans une structure de carbone ordonnée.”
Pourquoi c’est important pour la science planétaire
Cette découverte est plus qu’une curiosité théorique ; cela a de profondes implications sur les caractéristiques physiques d’Uranus et de Neptune. Parce que les atomes d’hydrogène se déplacent d’une manière si spécifique et directionnelle, ils influenceront deux processus planétaires critiques :
- Redistribution de la chaleur : La façon dont l’énergie se déplace du noyau vers la surface dépend de la façon dont les atomes se déplacent à l’intérieur.
- Génération de champ magnétique : La conductivité électrique de ces couches est un facteur clé dans la façon dont une planète génère son champ magnétique. Si la matière à l’intérieur est « quasi unidimensionnelle », cela modifie la façon dont l’électricité circule, ce qui peut expliquer les signatures magnétiques uniques observées chez les géantes de glace.
Conclusion
En découvrant ce comportement complexe dans une simple combinaison de carbone et d’hydrogène, les chercheurs ont démontré que même les éléments les plus courants peuvent s’organiser selon des schémas inattendus sous pression. Cette découverte fournit une nouvelle lentille à travers laquelle nous pouvons interpréter la dynamique interne et les mystères magnétiques des géantes de glace du système solaire.
