“¡La lluvia de helio es real!” Los experimentos han demostrado la posibilidad de lluvia de helio dentro de Júpiter y Saturno

Un equipo de investigación internacional, incluidos científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, validó una predicción que tenía casi 40 años y mostró experimentalmente que las lluvias de helio son posibles dentro de planetas como Júpiter y Saturno (en la foto). Créditos de imagen: NASA / JPL / Space Science Institute

Hace casi 40 años, los científicos predijeron por primera vez que la lluvia de helio existiría dentro de planetas compuestos principalmente de hidrógeno y helio, como Júpiter Y el Saturno. Sin embargo, el cumplimiento de las condiciones experimentales necesarias para validar esta hipótesis no ha sido posible, hasta ahora.

En una investigación publicada el 26 de mayo de 2021 por naturalezaLos científicos están descubriendo evidencia experimental para respaldar esta predicción a largo plazo, lo que demuestra que las lluvias de helio son posibles bajo una variedad de condiciones de presión y temperatura que reflejan las esperadas dentro de estos planetas.

“Descubrimos que la lluvia de helio es real y puede ocurrir tanto en Júpiter como en Saturno”, dijo Marius Milot, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y coautor del artículo. “Esto es importante para ayudar a los científicos planetarios a descifrar cómo se formaron y evolucionaron estos planetas, y es fundamental para comprender cómo se formó el sistema solar”.

Raymond Genlose, coautor y profesor de Ciencias de la Tierra y planetarias y astronomía agregó Universidad de California, Berkeley. “Podríamos estar aquí por Júpiter”.

El equipo de investigación internacional, que incluía a científicos de LLNL, la Asociación Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica, la Universidad de Rochester y la Universidad de California, Berkeley, realizó sus experimentos en el Laboratorio de Energía Láser (LLE) de la Universidad de Rochester.

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“El acoplamiento de la compresión estática y los choques impulsados ​​por láser es clave para permitirnos acceder a condiciones similares a las condiciones internas de Júpiter y Saturno, pero es un gran desafío”, dijo Melott. “Realmente tuvimos que trabajar en la tecnología para obtener evidencia convincente. Tomó muchos años y mucha creatividad por parte del equipo”.

El equipo utilizó celdas de yunque de diamante para comprimir una mezcla de hidrógeno y helio a 4 gigapascales (GPa; aproximadamente 40.000 veces la atmósfera de la Tierra). A continuación, los científicos utilizaron 12 haces gigantes de láseres omega LLE para emitir poderosas ondas de choque para comprimir la muestra a presiones finales de 60-180 GPa y calentarla a varios miles de temperaturas. a Un enfoque similar Fue clave para descubrir el hielo de agua superiónica.

Usando una serie de herramientas de diagnóstico ultrarrápidas, el equipo midió la velocidad de choque, la reflexión óptica y la emisión de calor de la muestra comprimida por choque, y descubrió que la reflexión de la muestra no aumentaba tan suavemente con el aumento de la presión de choque, como en la mayoría muestras. Los investigadores estudiaron con medidas similares. En cambio, encontraron discontinuidades en la señal de reflexión observada, lo que indica que la conductividad eléctrica de la muestra cambia abruptamente, lo que es indicativo de la separación de la mezcla de helio e hidrógeno. En una hoja Publicado en 2011Los científicos de LLNL Sebastian Hamel, Miguel Morales y Erik Schweigler han propuesto utilizar cambios en la reflexión óptica como sonda para el proceso de demodulación.

“Nuestros experimentos revelan evidencia empírica para la predicción a largo plazo: existe un rango de presiones y temperaturas en las que esta mezcla se vuelve inestable y mixta”, dijo Melott. “Esta transformación tiene lugar en condiciones de presión y temperatura cercanas a las necesarias para convertir el hidrógeno En un liquido metalicoLa imagen obvia es que la metalización del hidrógeno elimina la mezcla “.

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Simular este proceso de mezcla es un desafío numérico debido a los sutiles efectos cuantitativos. Estos experimentos proporcionan un estándar crítico para la teoría y la simulación numérica. Mirando hacia el futuro, el equipo continuará refinando la medición y extendiéndola a otras fórmulas en una búsqueda constante para mejorar nuestra comprensión de los materiales en condiciones extremas.

La referencia: “Evidencia de la no mezcla de hidrógeno y helio en las condiciones interiores de Júpiter” Por S. Brygoo, P. Loubeyre, M. Millot, JR Rygg, PM Celliers, JH Eggert, R. Janloz y GW Collins, 26 de mayo , 2021, naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03516-0

El trabajo fue financiado por un programa de investigación y desarrollo dirigido del Laboratorio LLNL y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía. Además de Millot y Jeanloz, los colaboradores incluyen Stephanie Brygoo y Paul Loubeyre de CEA; Peter Sellers y John Egert de LLNL; Ryan Rigg y Gilbert Collins de la Universidad de Rochester.

Izer

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