«Les diamants sont éternels», est un dicton commun qui fait allusion à la valeur extrême des diamants, qui sont parmi les substances les plus rares que l'on trouve naturellement sur terre. Les diamants sont également l'une des substances les plus précieuses sur terre, en partie à cause de leur rareté et en partie à cause des nombreuses applications du minerai. Étant la substance naturelle la plus dure sur terre, les diamants sont un élément crucial dans la fabrication des objets de forage. Compte tenu de la valeur élevée des diamants, il est presque impensable que sur Uranus et Neptune, les diamants ne soient pas rares du tout car ils tombent des nuages. Alors qu'un tel scénario ressemble à un scénario d'un film de science-fiction, les scientifiques ont confirmé que les diamants tombaient du ciel sur les deux planètes. Un rapport récent publié dans Nature Astrophysics indiquait que les chercheurs du Laboratoire national des accélérateurs du SLAC étaient capables de former des diamants microscopiques dans un morceau de plastique, après avoir recréé les conditions extrêmes rencontrées dans le manteau des deux géants de glace.
The Experiment
Alors que la nature étrange (ou impressionnante) de l'espace a été étudiée pendant de nombreuses années, la théorie de la pluie de diamants sur Neptune et Uranus a polarisé les astrophysiciens, certains scientifiques ayant discrédité la théorie. Les partisans de la théorie n'ont pas produit de faits convaincants. Toutes les expériences menées pour soutenir la théorie n’ont pas donné les résultats escomptés, les chercheurs n’ayant pas réussi à recréer les conditions extrêmes présentes dans les manteaux d’Uranus et de Neptune, nécessaires à la formation de diamants. 5000 gigapascals. C'était jusqu'à récemment lorsque des chercheurs du Laboratoire national des accélérateurs du SLAC ont pu reproduire les pressions et les températures extrêmes des géantes de glace à l'aide d'un laser optique puissant et d'un laser à électrons libres aux rayons X pour envoyer des impulsions de rayons X à des vitesses ultra-rapides grâce à une forme de plastique, le polystyrène. Le polystyrène est un hydrocarbure constitué d’atomes d’hydrogène et de carbone et dont la structure ressemble beaucoup à celle du méthane présent dans les planètes de glace géantes. Les chercheurs étaient ravis de voir la formation de diamants microscopiques après l’envoi de la première et de la seconde onde de choc aux rayons X à travers le polystyrène. Les chercheurs ont utilisé une source de lumière cohérente Linac pour émettre des impulsions de rayons X ultrarapides qui durent moins d'une nanoseconde (elles durent une femtoseconde) et ont joué un rôle critique dans l'enregistrement du processus sur une durée aussi courte. L'étude a par la suite été publiée dans une édition du journal Nature Astrophysics et a envoyé le monde des astrophysiciens dans une frénésie.
Conditions sur Uranus et Neptune
Uranus et Neptune sont tous deux classés comme des géants de la glace et non comme des géants gazeux tels qu’ils l’étaient à l’origine. Les deux planètes sont les deux seules géantes de glace dans le système solaire et sont donc assez semblables en taille, en apparence et en composition. Uranus est la troisième plus grande planète du système solaire tandis que Neptune est la quatrième plus grande planète du système solaire. Constitués principalement de gaz, les deux planètes font également partie des planètes les moins denses du système solaire. Les deux planètes sont d'apparence bleue, Neptune ayant une nuance de bleu plus sombre qu'Uranus. Les atmosphères des deux planètes sont extrêmement épaisses; l'extension des miles 17.2 sur les miles Uranus et 12.2 sur Neptune, et leur composition est similaire; composé d'hydrogène, de méthane et d'hélium. Les manteaux des deux géantes de glace sont constitués de glaces comprenant du méthane, de l'eau et de l'ammoniac. Les conditions sur les deux planètes se situent dans les extrêmes et augmentent en intensité plus près des carottes. Dans Neptune, on pense que la pression atmosphérique au-dessous des nuages inférieurs peut atteindre dix gigapascals et augmente à environ 700 gigapascals au coeur de la planète avec des températures aussi élevées que 5,400 K.
On estime que les pressions subies par le noyau d'Uranus sont aussi élevées que celles du 800 gigapascals, tandis que les températures sont aussi élevées que celles du 5,000 K. Les scientifiques pensent que les conditions sur le manteau des deux planètes sont idéales pour la décomposition du méthane, séparant les atomes d'hydrogène du carbone. les atomes et, finalement, la formation de diamants qui tombent dans les noyaux des planètes.
Premières études
L'existence de diamants dans les planètes de glace géantes du système solaire a été suggérée par Marvin Ross, un érudit renommé qui, dans 1981, a écrit un article intitulé «La couche de glace d'Uranus et de Neptune - des diamants dans le ciel? il a déclaré que l'intérieur des deux géants de glace était constitué d'immenses quantités de diamants. Marvin Ross a fait valoir que l'immense pression atmosphérique présente à l'intérieur des planètes, combinée aux températures extrêmes, libérait des atomes de carbone des atomes d'hydrogène, entraînant la formation de diamants. Marvin a basé son argument sur une expérience impliquant le méthane dans une procédure de compression par ondes de choc. D'autres expériences ultérieures menées par d'autres scientifiques de renom tels que Sandro Scandolo ont confirmé que, sous haute pression, le méthane pourrait être transformé en hydrocarbures, la pression de consigne étant au moins égale à 300 gigapascals. Les scientifiques de l’Université de Californie à Berkeley, qui utilisaient une cellule à enclume en diamant, ont pu obtenir le résultat à des températures de kelvins 2500 et à des pressions de gigapascals 50.
Ces températures et pressions extrêmes sont équivalentes aux conditions sous les nuages dans Neptune. Les scientifiques du laboratoire de géophysique ont mené une autre expérience dans laquelle ils ont pu déstabiliser la composition chimique du méthane à des températures de kelvins 2000 et à une pression de gigapascals 7. Cependant, toutes les expériences n'ont pas abouti à la formation de diamants car la technologie existante limitait les niveaux de pression et de température atteints, empêchant les scientifiques de recréer les conditions présentes à l'intérieur des deux planètes géantes de glace. Cependant, certains scientifiques étaient sceptiques quant à la théorie prétendant l'existence de diamants à Uranus et à Neptune, déclarant que la présence d'hydrogène et d'eau mélangée à du méthane dans l'atmosphère des planètes compromettrait les réactions chimiques. D'autres ont déclaré que la concentration de carbone dans deux géants de glace n'était pas suffisamment élevée pour permettre la formation de diamants, indépendamment de la pression ou de la température exercée sur les gaz.
