Астероиды могут скрывать химические элементы, которых нет в периодической таблице – исследование

В периодической таблице наиболее плотным химическим элементом является металл осмий, который при комнатной температуре образует твердое вещество с плотностью 22,59 грамма на кубический сантиметр. Это почти в два раза плотнее внутреннего ядра Земли и почти столь же плотно, как ядро ​​Юпитера. Но в новом исследовании ученые заявляют, что в Солнечной системе есть объекты плотнее осмия и это не ядра планет, а астероиды. Это может означать, что в природе есть сверхплотные стабильные элементы, отсутствующие в периодической таблице.

• Астрономов озадачили загадочные планетоподобные объекты в туманности Ориона

Детали

Вероятные сверхплотные астероиды – очень загадочные космические объекты, ведь они не имеют такой массы, чтобы сжать минералы в сверхплотное состояние. Это заставило ученых предположить, что существуют естественные стабильные элементы даже за пределами нестабильных сверхтяжелых радиоактивных элементов между атомными номерами 105 и 118, которые когда-либо наблюдались только в лабораторных условиях.

Неизвестно, будут ли элементы с более 118 протонами вообще стабильными – их никогда не наблюдали ни в природе, ни в лабораторных условиях. Но теоретические исследования предполагают, что вокруг атомного номера 164 существует островок стабильности, где сверхтяжелые элементы не будут столь склонны к радиоактивному распаду и могут остаться, по крайней мере, на некоторое время.

Такие элементы могли бы объяснить странные наблюдения за астероидом 33 Polyhymnia, имеющим примерно 50-60 километров в поперечнике. Одно измерение показало, что плотность этого камня из пояса астероидов составляет 75,28 грамма на кубический сантиметр, классифицируя его как потенциально компактный ультраплотный объект (CUDO).

Такие показатели могут являться результатом ошибочного измерения. Даже астроном, который производил этот расчет, отметил, что это нереально. Но физики Эван ЛаФордж, Уилл Прайс и Иоганн Рафельски из Аризонского Университета хотели исследовать, является ли такая плотность правдоподобной.

Ученые основали свою работу на модели атома Томаса-Ферми, являющейся грубым, но полезным способом формирования базовых приближений поведения определенных атомов. В рамках этого исследователи анализировали атомную структуру гипотетических сверхтяжелых элементов. Рафельски отмечает:

Мы выбрали эту модель, невзирая на ее относительную неточность, так как она позволяет систематически исследовать поведение атомов как функцию атомного номера за пределами известной периодической таблицы. Дополнительным соображением является то, что это позволило нам исследовать многие атомы за короткое время.

Расчеты исследователей согласуются с гипотетическим островком стабильности, ранее предполагавшимся под атомным номером 164. Выводы исследователей показывают, что диапазон плотности этого элемента составляет от 36 до 68,4 грамма на кубический сантиметр, что близко к расчетам для астероида 33 Polyhymnia.

Это не доказывает того, что вышеупомянутый астероид является сверхплотным. Это просто может быть вероятным объяснением существования возможных сверхплотных объектов в космосе, которые пока выходят за пределы имеющихся физических данных. В своем исследовании ученые подчеркивают:

Цель этого исследования заключалась в том, чтобы определить, можно ли достичь CUDO с экстремальной плотностью массы без необходимости обычно используемой странной или темной материи. Мы сделали это, исследуя две разные ядерные системы с помощью релятивистской модели Томаса-Ферми. Из исследования как стандартных ядер, так и альфа-материи стало ясно, что оба типа ядерной материи могут объяснить плотность, которую можно увидеть в CUDO, таких как астероид 33 Polyhymnia.

Ученые подчеркивают, что их работа демонстрирует полезность модели Томаса-Ферми для исследования свойств сверхтяжелых гипотетических элементов и обеспечивает основу для более надежного их анализа.

Ранее мы сообщали, что лауреатами Нобелевской премии по физике 2023 года стали Пьер Агостини (Франция), Ференц Краус (Венгрия) и Анн Льюе (Швеция). Группа физиков получила награду за исследование динамики электронов в материи.