Les conditions de pression et de température auxquelles le fer fond sont importantes pour les planètes rocheuses car elles déterminent la taille du noyau métallique liquide, un facteur important pour comprendre le potentiel de génération d’un champ magnétique protégeant des radiations. Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory et d’autres laboratoires ont utilisé des lasers à haute énergie au National Ignition Facility et la diffraction des rayons X pour déterminer la courbe de fusion du fer jusqu’à une pression de 1 000 gigapascals (près de 10 000 000 d’atmosphères), soit trois fois la pression du noyau interne de la Terre et près de quatre fois la pression de toutes les expériences précédentes. Ils ont constaté que le noyau métallique liquide a duré le plus longtemps pour les exoplanètes de type terrestre dont la masse est de quatre à six fois supérieure à celle de la Terre.
Une conception d’artiste de la section transversale d’une super-Terre avec la chambre cible du National Ignition Facility superposée au manteau, regardant dans le noyau. Crédit image : John Jett / Lawrence Livermore National Laboratory.
“La richesse du fer à l’intérieur des planètes rocheuses rend nécessaire la compréhension des propriétés et de la réaction du fer dans des conditions extrêmes au cœur des planètes plus massives semblables à la Terre”, a déclaré le Dr Rick Kraus, physicien au Lawrence Livermore National Laboratory.
“La courbe de fusion du fer est essentielle pour comprendre la structure interne, l’évolution thermique, ainsi que le potentiel des magnétosphères générées par la dynamo.”
On pense qu’une magnétosphère est un composant important des planètes terrestres habitables, comme c’est le cas sur Terre.
La magnétodynamo de notre planète est générée dans le noyau externe de fer liquide en convection entourant le noyau interne de fer solide et est alimentée par la chaleur latente libérée pendant la solidification du fer.
Avec la proéminence du fer dans les planètes terrestres, des propriétés physiques exactes et précises à des pressions et des températures extrêmes sont nécessaires pour prédire ce qui se passe dans leurs intérieurs.
Une propriété de premier ordre du fer est le point de fusion, qui est encore débattu pour les conditions de l’intérieur de la Terre.
La courbe de fusion est la plus grande transition rhéologique qu’un matériau puisse subir, d’un matériau avec résistance à un matériau sans résistance.
C’est là qu’un solide se transforme en liquide, et la température dépend de la pression du fer.
Grâce aux expériences, le Dr Kraus et ses collègues ont déterminé la durée de l’action de la dynamo pendant la solidification du noyau jusqu’à la structure hexagonale compacte au sein des exoplanètes super-terrestres.
“Nous constatons que les exoplanètes terrestres ayant une masse de quatre à six fois la masse de la Terre auront les dynamos les plus longues, qui fournissent une protection importante contre le rayonnement cosmique”, a déclaré le Dr Kraus.
“Au-delà de notre intérêt pour la compréhension de l’habitabilité des exoplanètes, la technique que nous avons développée pour le fer sera appliquée à des matériaux plus pertinents sur le plan programmatique à l’avenir.”
Les auteurs ont également obtenu la preuve que la cinétique de la solidification dans des conditions aussi extrêmes est rapide, ne prenant que des nanosecondes pour passer d’un liquide à un solide, ce qui leur a permis d’observer la limite de phase d’équilibre.
“Cet aperçu expérimental améliore notre modélisation de la réponse des matériaux en fonction du temps pour tous les matériaux”, a déclaré le Dr Kraus.
L’étude a été publiée en ligne aujourd’hui dans le journal Science.
