De nouvelles simulations informatiques suggèrent que des planètes géantes de glace comme Uranus et Neptune abritent un état superionique quasi unidimensionnel d’hydrure de carbone qui pourrait remodeler la façon dont les scientifiques comprennent l’intérieur des planètes.
Les mesures des densités d’Uranus et de Neptune indiquent que l’intérieur de ces planètes géantes contient des couches intermédiaires de glaces chaudes non conventionnelles, qui existent sous leurs enveloppes atmosphériques d’hydrogène et d’hélium et au-dessus de leurs noyaux rocheux.
On pense que ces couches sont composées d’eau, de méthane et d’ammoniac, mais en raison des conditions extrêmes, on pense que des phases exotiques pourraient émerger.
La physique dans ces régions à haute pression et à haute température peut donner lieu à des états non conventionnels de la matière, c’est pourquoi les théoriciens et les expérimentateurs tentent de prédire et de recréer ce qui s’y trouverait.
À l’aide du calcul haute performance et de l’apprentissage automatique, le Dr Cong Liu de la Carnegie Institution for Science et ses collègues ont réalisé des simulations fondamentales de physique quantique de l’hydrure de carbone sous des pressions allant de près de 5 millions à près de 30 millions de fois la pression atmosphérique (500 à 3 000 gigapascals) et à des températures allant de 4 000 à 6 000 K.
Leurs outils prédisaient l’émergence d’un cadre hexagonal ordonné dans lequel les atomes d’hydrogène se déplacent le long de voies en spirale, créant un état superionique quasi unidimensionnel.
Les matériaux superioniques occupent un juste milieu inhabituel entre les solides et les liquides : un type d’atome reste disposé dans une structure cristalline et un autre devient mobile.
« Cette phase carbone-hydrogène nouvellement prévue est particulièrement frappante car le mouvement atomique n’est pas entièrement tridimensionnel », a déclaré le Dr Ronald Cohen, également 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. »
Cette directionnalité de ce mouvement a des implications importantes sur la façon dont la chaleur et l’électricité se déplacent à l’intérieur des planètes.
Un tel comportement pourrait influencer la redistribution de l’énergie intérieure, la conductivité électrique et éventuellement l’interprétation de la génération de champ magnétique chez les géantes de glace.
Les résultats élargissent également notre compréhension du comportement de composés simples dans des conditions extrêmes, suggérant que même des systèmes simples peuvent s’organiser en phases d’une complexité inattendue.
« Le carbone et l’hydrogène sont parmi les éléments les plus abondants dans les matériaux planétaires, mais leur comportement combiné dans les conditions d’une planète géante reste loin d’être entièrement compris », a déclaré le Dr Liu.
Les résultats ont été publiés le 16 mars dans la revue Nature Communications.
