Glace rare observée sur des mondes extraterrestres

Pour la première fois, les scientifiques ont observé la glace plastique VII, une forme d’eau prédite auparavant par des modèles théoriques. Bien que cela ressemble au titre d’un film de série B, il s’agit en réalité d’une phase exotique de l’eau que les experts estiment pouvoir se former dans les océans des planètes extraterrestres.

La structure unique de la glace plastique VII

Qu’est-ce qui rend cette glace si particulière ? La glace plastique VII se forme uniquement sous des conditions extrêmes de température et de pression. À mesure que ces facteurs augmentent, les molécules d’eau sont contraintes de prendre diverses configurations et comportements uniques.

Une équipe internationale de chercheurs a réussi à créer la glace VII en appliquant une pression de 6 gigapascals et en chauffant l’eau à 327°C (620°F) à l’Institut Laue-Langevin (ILL) en France. Ils ont surveillé de près le changement de phase à l’aide d’instruments avancés.

La glace plastique VII présente une structure cubique entrelacée distinctive où les atomes d’hydrogène deviennent désordonnés. Cependant, les scientifiques n’ont jamais pleinement compris comment cette structure se comporte lorsqu’elle “fond”. Certaines théories suggéraient que les molécules restent fixes tandis que les hydrogènes se déplacent.

Pour explorer cette phase exotique, des mesures précises étaient nécessaires pour suivre le mouvement des hydrogènes plutôt que simplement capturer sa forme. Ce défi avait empêché les scientifiques de prouver son existence—jusqu’à présent.

L’une des techniques clés utilisées pour détecter la glace VII était la diffusion quasi-élastique des neutrons (QENS), une méthode qui suit les petits mouvements de particules en utilisant des neutrons. “La capacité du QENS à explorer à la fois les dynamiques de translation et de rotation lui confère un avantage unique pour explorer ces transitions de phase par rapport à d’autres méthodes spectroscopiques”, a déclaré la physicienne Maria Rescigno de l’Université de Rome La Sapienza.

Comportement inattendu des molécules de glace VII

Comme prévu il y a 17 ans, l’équipe a observé que les atomes d’hydrogène tournaient au niveau microscopique lorsque la glace VII était soumise à la chaleur et à la pression. Cependant, ils ont été surpris de constater que les molécules ne tournaient pas librement, mais se déplaçaient par étapes décalées. Cela se produit probablement en raison de la rupture et de la réforme des liaisons hydrogène entre les molécules.

“Les mesures QENS ont suggéré un mécanisme de rotation moléculaire différent pour la glace plastique VII par rapport au comportement de rotor libre que nous attendions initialement”, a expliqué Rescigno.

Les experts estiment que des mondes glacés dans les régions extérieures de l’Univers, tels que Neptune ou la lune Europa de Jupiter, ont pu héberger de la glace plastique VII dans le passé. Comprendre son comportement en laboratoire fournit des informations sur l’histoire de ces planètes lointaines et de leurs lunes.

Une piste de recherche future pourrait être d’examiner comment la glace plastique VII se forme—si la transition est graduelle ou abrupte, comme le suggèrent certains modèles.

La glace plastique VII comme précurseur de la phase superionique

« Le scénario de transition continue est particulièrement intrigant », a déclaré la physicienne Livia Bove de l’Université Sapienza. Cela pourrait signifier que la glace plastique VII est un précurseur de la phase superionique — une forme rare d’eau qui devrait exister à des températures et pressions encore plus élevées, où l’hydrogène diffuse librement à travers la structure cristalline de l’oxygène.

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Lire l’article original sur :  Science Alert

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