Une étude, dont les résultats intitulés «Evidence of hydrogen−helium immiscibility at Jupiter-interior conditions» sont publiés dans la revue Nature, rapporte que les pluies d'hélium, qui, passée une certaine profondeur, se produisent à l'intérieur de Jupiter et de Saturne, ont pu être observées sur terre en laboratoire.

Concrètement, ce sont des calculs qui ont tout d'abord «montré que le mélange d'hydrogène et d'hélium hérité de la nébuleuse primitive, où est né le Système solaire et qui constitue la majorité de la matière de ces planètes, devait subir un processus de démixtion suffisamment en profondeur, dans des conditions thermodynamiques de pression et de température données».

En réalité, la prédiction que l'hélium doit pleuvoir à l'intérieur de Jupiter et de Saturne, passé une certaine profondeur, est ancienne: «initialement on la doit dans les années 1970 à l'astrophysicien états-unien E. Salpeter» qui suggéra cette hypothèse en se basant «sur une autre transition de phase supposée se produire à l'intérieur de Jupiter, le passage de l'hydrogène à l'état métallique». Ce phénomène de pluie d'hélium implique notamment «que de la chaleur latente de changement de phase doit alors être libérée», ce qui contribue a expliquer que «Jupiter rayonne environ 2,5 fois plus d'énergie qu'elle n'en reçoit du Soleil».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée, en s'appuyant sur des cellules à enclumes de diamant, a pu décrire l'observation en laboratoire sur Terre de la séparation de phase entre l'hydrogène et l'hélium pour des conditions extrêmes de température (environ 10.000 kelvins) et de pression (quatre gigapascals, donc environ 40.000 fois la pression de l'atmosphère terrestre) existant à l'intérieur de Jupiter.

Ce travail prouve «que les pluies d'hélium sont réelles et peuvent se produire à la fois dans Jupiter et Saturne». Ce résultat est fondamental pour «déchiffrer comment ces planètes sont nées et ont évolué». De plus, des preuves expérimentales de l'existence d'une gamme de pressions et de températures, auxquelles le mélange d'hydrogène et d'hélium «devient instable et se démixte» ont été apportées: «cette transition se produit à des conditions de pression et de température proches de celles nécessaires pour transformer l'hydrogène en un fluide métallique, et l'image intuitive pour ce phénomène est que la métallisation de l'hydrogène déclenche la démixtion».

Par ailleurs, alors que «la mission Juno a collecté des données en 2016 qui suggèrent l'existence à l'intérieur de la planète d'une zone hétérogène s'étendant sur 15 % du rayon de la planète, qui pourrait signaler une région où se produit la séparation de l'hydrogène et de l'hélium», il a été constaté que les mesures des caractéristiques du phénomène de démixtion observé dans le cadre de cette étude «s'accordent bien avec le modèle de l'intérieur de Jupiter récemment proposé à partir des données de Juno».