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En haut, la structure du nouveau cœur de Jupiter prédit par les simulations. En bas, l'ancienne stucture dans laquelle les cristaux de glace d'eau, d'ammoniac et de méthane sont répartis tout le long de l'atmosphère de Jupiter. Crédit : Burkhard Militzer/UC Berkeley
Burkhard Militzer est assistant professeur en sciences planétaires et en astronomie à l'université de Berkeley. Il aime tout particulièrement simuler sur ordinateurordinateur le comportement de la matière quand elle est soumise à de fortes pressions, ce qui est le cas à l'intérieur des planètes géantes du système solaire ou au sein des exoplanètes de type Jupiter chaudJupiter chaud. Avec William B. Hubbard, professeur en sciences planétaires à l'Université de l'Arizona, membre du célèbre Lunar and Planetary Laboratory de Tucson, ce chercheur vient de publier dans Astrophysical Journal Letters les résultats de plusieurs simulations numériquessimulations numériques effectuées en parallèle sur des grappes d'ordinateurs durant sept jours chacune.
Ces simulations sont presque le seul moyen d'avoir une idée de l'état de la matièreétat de la matière au centre des planètes géantes, les conditions de température et de pressions régnant dans leur cœur étant quasiment impossibles à reproduire en laboratoire. Elles font intervenir ce que l'on sait de la composition initiale de la nébuleusenébuleuse protosolaire, essentiellement un mélange d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium peuplé de poussières silicatées, ainsi que des calculs de mécanique quantiquemécanique quantique utilisant l’équation de Schrödinger.
Cliquez pour agrandir. Une vue de Jupiter. Crédit : NASA/JPL/University of Arizona
L'image du cœur de Jupiter qui a émergé de ces simulations est celle d'un noyau rocheux ressemblant à la Terre mais de 14 à 18 fois plus massif. Comme dans notre planète, au centre de ce cœur doit se trouver une zone métallique composée d'un alliagealliage de nickelnickel et de ferfer. Au moins deux fois plus massif que ce que l'on pensait jusqu'à présent, ce noyau serait entouré d'une couche de glace rassemblant l'essentiel de la glace présent dans l'atmosphèreatmosphère de Jupiter. Correspondant à quatre fois la massemasse de la Terre, cette glace ne serait donc pas répartie sous forme de cristaux dans l'atmosphère gazeuse de Jupiter. Elle ne serait pas uniquement composée d'eau mais contiendrait aussi du méthane et de l'ammoniacammoniac.
Nos connaissances actuelles sur l'intérieur des planètes gazeuses (cliquer pour agrandir). A gauche, Neptune. Sous la couche gazeuse (en bleu ciel), une zone très dense (en bleu clair) renferme un cœur de glace. A droite, Jupiter. Le cœur de la planète géante serait constitué d'une couche de glace (en blanc)entourant une graine rocheuse. © Calvin J. Hamilton
Le cœur de Jupiter serait bien, en revanche, entouré d'une zone dans laquelle l'hydrogène moléculaire devient métallique et donc conducteur, ce qui permet d'expliquer le champ magnétiquechamp magnétique de Jupiter par un effet dynamo, comme sur Terre. Mais la transition de phasetransition de phase entre ces deux états de l'hydrogène y serait graduelle et pas abrupte. En somme, l'intérieur de Jupiter serait l'équivalent de celui de SaturneSaturne, qui ne semble pas solidesolide, mais le centre ressemblerait davantage à celui de NeptuneNeptune ou d'UranusUranus.
De façon intéressante, les simulations prédisent que les différentes couches fluides à l'intérieur de Jupiter ne tourneraient pas à la même vitessevitesse et formeraient une série de cylindres concentriques, exactement comme à l'intérieur du SoleilSoleil, et aussi comme dans le cas du modèle de Friedrich Busse, proposé pour expliquer les bandes nuageuses de Jupiter.
Militzer est en train d'appliquer ses modèles informatiques aux autres planètes géantes. Mais pour savoir si les chercheurs ont raison, il faudra au moins attendre que la mission Junon de la NasaNasa, qui devrait être lancée en 2011 et se mettre en orbiteorbite autour de Jupiter en 2016, nous fournisse des mesures précises du champ de gravitégravité et de la magnétosphèremagnétosphère de Jupiter.
