La météo extraterrestre peut être intense. Sur Neptune et Uranus, par exemple, le ciel est une véritable pluie de diamants. Les forces gravitationnelles sur ces géants de glace peuvent devenir si fortes qu’elles pressurisent le carbone en cristaux solides – un cristal de carbone étant, techniquement, ce qu’est le diamant – qui tombent ensuite en pluie vers le noyau de la planète.
La pluie de diamants peut sembler être un phénomène météorologique exotique, mais de nouvelles recherches suggèrent qu’elle est bien plus courante dans l’univers que nous ne le pensons. En effet, les exoplanètes, ou mondes extraterrestres situés en dehors de notre système solaire, pourraient littéralement nager dans les diamants.
Maintenant, une nouvelle étude publiée dans Science Advances fait la lumière sur les processus astrochimiques à l’origine de la pluie de diamants – ou de la “sédimentation du carbone”, d’un point de vue scientifique – et révèle que ce phénomène bling bling pourrait être plus courant qu’on ne le pensait. De plus, les humains pourraient s’inspirer de cette étrange météo extraterrestre et développer une technologie inspirée de la pluie de diamants qui pourrait être appliquée à l’électronique et à la médecine modernes, ce qui permettrait d’améliorer les ordinateurs quantiques, l’administration de médicaments et bien plus encore.
“Nous avons une idée préconçue que les diamants sont si uniques. Ils sont difficiles à trouver à la surface de la Terre”, a déclaré Arianna Gleason, l’un des auteurs de l’étude, à Salon. “Mais dans le grand cosmos, ce que nous constatons, c’est que les composants constitutifs – carbone, hydrogène, oxygène, le genre de molécules simples – sont si abondants, en particulier dans ces géants gazeux des exoplanètes, que le volume sur lequel ils existent dans ces conditions extrêmes est énorme.”
Gleason est physicien au Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), un accélérateur de particules de 2 miles de long qui comporte un laser à rayons X géant appelé Linac Coherent Light Source. Cette énorme machine peut créer des ondes de choc avec des quantités massives de pression, comparables à ce que l’on pourrait voir dans les profondeurs d’Uranus ou de Neptune. Pour étudier ce qui peut se passer sur ces planètes, les chercheurs ont ciblé un morceau de polyéthylène téréphtalate, un plastique couramment utilisé pour fabriquer des bouteilles de soda et des fibres. Il contient un bon ratio de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, ce qui ressemble à la composition chimique de ces géantes de glace.
En effet, comme Jupiter et Saturne, Uranus et Neptune sont principalement composés d’hydrogène et d’hélium. Mais contrairement à Jupiter et Saturne, ce qui rend ces deux dernières planètes différentes, c’est que leur noyau est constitué d’une bouillie dense d’eau, d’ammoniac et de méthane – ce qui signifie qu’elles ont probablement une odeur proche de celle des toilettes extérieures de Coachella. L’ajout de ces produits chimiques peut faire une grande différence dans la façon dont ces planètes produisent la pluie de diamants.
Cette technique pourrait être utilisée pour fabriquer des nanodiamants destinés à des capteurs quantiques, capables de détecter les plus infimes variations des champs magnétiques ou électriques – ce qui permettrait de mesurer des particules virales, l’intérieur d’une cellule unique ou même le spin d’un électron.
Pour recréer ces conditions, les chercheurs ont soumis leur cible en plastique à une pression énorme, formant des nanodiamants, c’est-à-dire des diamants de moins d’un micromètre, trop petits pour être vus à l’œil nu. Pour les imager, l’équipe du SLAC a également envoyé deux types de rayons X différents afin de mesurer les diamants avec plus de précision, une première pour cette combinaison. L’expérience a été répétée de nombreuses fois, non seulement au SLAC, mais aussi au SPring-8, une installation de rayonnement située à Harima Science Garden City, au Japon.
Il peut faire extrêmement chaud lorsqu’on mène une telle expérience, avec des températures allant de 3 500° à 6 000° degrés Kelvin (équivalent à 5 840º à 10 340º Farenheit). Mais ces conditions ont effectivement permis de former des nanodiamants, ce qui, grâce à l’utilisation de ces multiples types de rayons X, a été confirmé avec une plus grande fidélité que les expériences précédentes.
Maintenant, la preuve de la pluie de diamants sur ces mondes géants de glace est beaucoup plus convaincante, selon un autre auteur de l’étude, Dominik Kraus, professeur à l’Université de Rostock en Allemagne – et cela pourrait conduire à de nouvelles façons de produire des nanodiamants à des fins industrielles.
Auparavant, Kraus et ses collègues ont formé des nanodiamants en projetant des rayons X sur du polystyrène, également connu sous le nom de Styrofoam. Mais en utilisant un plastique différent cette fois, ils ont ajouté de l’oxygène au mélange, ce qui a rendu la formation de diamants encore plus probable.
“La visualisation du rôle de l’oxygène dans l’amplification et l’accélération de la formation de diamants a été un élément clé et unique dans cette étude”, explique Gleason.
“C’est une preuve assez forte”, a déclaré Kraus à Salon. “Il existe de nombreux exemples où le fait d’étudier quelque chose par curiosité s’est transformé en applications très utiles au final.”
Par exemple, cette technique pourrait être utilisée pour fabriquer des nanodiamants destinés à des capteurs quantiques, capables de détecter les plus infimes variations des champs magnétiques ou électriques.des champs électriques – ce qui permet de mesurer des particules virales, l’intérieur d’une cellule unique ou même le spin d’un électron.
“Il y a probablement des moyens importants de régler la formation du diamant”, dit Gleason. “Maintenant que nous avons en quelque sorte posé les bases – en quelque sorte l’étude physique et chimique fondamentale de la façon dont il se formerait dans ces conditions – nous avons maintenant ce grand bouton de pression, de température et de dépôt d’énergie que nous pouvons régler pour espérer extraire des moyens plus évolutifs de former des nanodiamants.”
Les astronomes ont théorisé que Neptune et Uranus font pleuvoir des diamants depuis les années 1980, mais ce n’est pas comme si les scientifiques pouvaient simplement courir et vérifier. Et la dernière sonde à avoir visité l’une ou l’autre de ces planètes est Voyager 2, qui est passée par là il y a plus de 30 ans.
“C’est en quelque sorte l’information la plus récente dont nous disposons pour ces deux planètes”, dit Kraus. “Si nous obtenons une meilleure mesure de la gravité et des champs magnétiques de ces planètes, alors nous aurons des contraintes beaucoup plus fortes pour les intérieurs planétaires.”
Kraus note que les théories sur l’atmosphère de Jupiter ont été bouleversées il y a quelques années lorsque la mission Juno de la NASA a visité la géante gazeuse. Il ne s’agit donc peut-être pas du dernier mot sur la pluie de diamants tant que nous n’en saurons pas plus sur de mystérieux corps interstellaires comme Neptune.
“J’espère que dans quelques années, nous aurons une autre mission de sonde spatiale vers ces géantes de glace”, dit Kraus. “C’est vraiment inspirant. On a l’impression que ça va au-delà du petit environnement ici et qu’on essaie de voir plus de grandes connexions en dehors de notre monde. Si cela nous aide à nous apporter de nouvelles applications sur notre planète, c’est aussi très bien, mais aussi juste pour apprendre ce qu’il y a là-bas, pour vraiment nous amener, nous les humains, dans une sorte de nouveau contexte et à notre environnement.”
