Los experimentos han demostrado la posibilidad de lluvia de helio dentro de Júpiter y Saturno

LLNL

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). Crédito de la imagen: NASA / JPL / Space Science Institute.

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

En una hoja Fue publicado hoy por la revista Nature.Los 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.

Marius Melott, físico de 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 científicos de LLNL, la Asociación Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica, la Universidad de Rochester y la Universidad de California, Berkeley, llevó a cabo sus experimentos en Laboratorio de energía láser de la Universidad de Rochester (LLE).

«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».

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El equipo utilizó celdas de yunque de diamante para comprimir una mezcla de hidrógeno y helio a 4 gigapascales (GPa; unas 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 un descubrimiento clave Hielo de agua superiónica.

Usando una serie de herramientas de diagnóstico ultrarrápidas, el equipo midió la velocidad del 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 del choque, como es el caso en la mayoría de las 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 experimental de 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.

El trabajo fue financiado por LLNL Programa de investigación y desarrollo orientado al laboratorio Y el Ministerio de Energía Oficina de Ciencias. Además de Millot y Jeanloz, los colaboradores incluyen Stephanie Brygoo y Paul Loubeyre de CEA; Peter Sellers y John Eggert de LLNL; Ryan Rigg y Gilbert Collins de la Universidad de Rochester.

/ Liberación General. Este material proviene del establecimiento original y puede ser de naturaleza cronológica, y está editado para mayor claridad, estilo y extensión. Espectáculo completo Aquí.

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