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Les observations astrophysiques ont montré que les exoplanètes riches en eau, comme Neptune, sont courantes dans notre galaxie. On pense que ces « mondes aquatiques » sont recouverts d’une épaisse couche d’eau, à des centaines ou des milliers de kilomètres de profondeur, au-dessus d’un manteau rocheux.

Mieux comprendre ces mondes aquatiques

Bien que les exoplanètes riches en eau soient courantes, leur composition est très différente de celle de la Terre. Il existe donc de nombreuses inconnues en ce qui concerne la structure, la composition et les cycles géochimiques de ces planètes.
En cherchant à en savoir plus sur ces exoplanètes, une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l’université d’État de l’Arizona, a fourni l’une des premières études de la minéralogie en laboratoire de ces exoplanètes riches en eau.
« L’étude des réactions et des processus chimiques est une étape essentielle vers la compréhension de ces types de planètes communes », a déclaré le coauteur Dan Shim, de la School of Earth and Space Exploration de l’ASU.
La théorie générale est que l’eau et la roche forment des couches séparées à l’intérieur de ces mondes aquatiques. Comme l’eau est plus légère, sous la couche d’eau de ces planètes, il devrait y avoir une couche rocheuse. Cependant, la pression et la température extrêmes à la frontière entre l’eau et les couches rocheuses pourraient modifier fondamentalement le comportement de ces matériaux.

Des cellules à haute pression

Pour simuler cette pression et cette température élevées en laboratoire, l’auteur principal et chercheur Carole Nisr a mené des expériences au laboratoire de Shim pour les matériaux terrestres et planétaires à l’ASU en utilisant des cellules à haute pression en diamant et en argile.
Pour leur expérience, l’équipe a immergé de la silice dans de l’eau, comprimé l’échantillon entre des diamants à une très haute pression, puis chauffé cet échantillon avec des rayons laser à plus de quelques milliers de degrés Celsius.
L’équipe a également procédé à un chauffage au laser au Laboratoire national d’Argonne, dans l’Illinois. Pour surveiller la réaction entre la silice et l’eau, des mesures aux rayons X ont été prises pendant que le laser chauffait l’échantillon à haute pression. Ils ont découvert une nouvelle phase solide inattendue contenant du silicium, de l’hydrogène et de l’oxygène.
« À l’origine, on pensait que les couches d’eau et de roche des planètes riches en eau étaient bien séparées », a déclaré M. Nisr. « Mais nous avons découvert grâce à nos expériences une réaction inconnue jusqu’alors entre l’eau et la silice et la stabilité d’une phase solide à peu près dans une composition intermédiaire. La distinction entre l’eau et la roche semblait étonnamment « floue » à haute pression et à haute température ».

Un cycle géochimique très différent des planètes rocheuses

Les chercheurs espèrent que ces découvertes feront progresser nos connaissances sur la structure et la composition des planètes riches en eau et leurs cycles géochimiques. « Notre étude a des implications importantes et soulève de nouvelles questions sur la composition chimique et la structure de l’intérieur des exoplanètes riches en eau », a déclaré M. Nisr. « Le cycle géochimique des planètes riches en eau pourrait être très différent de celui des planètes rocheuses, comme la Terre ».
Cette recherche a été publiée dans PNAS.
Source : Arizona State University
Crédit photo : Pixabay

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