Астероїди можуть приховувати хімічні елементи, яких немає у періодичній таблиці – дослідження

У періодичній таблиці найщільнішим хімічним елементом є метал осмій, який при кімнатній температурі утворює тверду речовину з щільністю 22,59 грама на кубічний сантиметр. Це майже у два рази щільніше, ніж внутрішнє ядро Землі та майже настільки ж щільно, як ядро Юпітера. Але у новому дослідженні вчені заявляють, що в Сонячній системі є об'єкти щільніші за осмій і це не ядра планет, а астероїди. Це може означати, що у природі існують надщільні стабільні елементи, яких немає у періодичній таблиці.

• Астрономів спантеличили загадкові планетоподібні об’єкти у туманності Оріона

Деталі

Ймовірні надщільні астероїди – надзвичайно загадкові космічні об'єкти, адже вони не мають такої маси, щоб стиснути мінерали в надщільний стан. Це змусило вчених припустити, що існують природні стабільні елементи навіть за межами нестабільних радіоактивних надважких елементів між атомними номерами 105 і 118, які коли-небудь спостерігалися лише в лабораторних умовах.

Невідомо, чи будуть елементи з більш ніж 118 протонами взагалі стабільними – їх ніколи не спостерігали ні в природі, ні в лабораторних умовах. Але теоретичні дослідження припускають, що навколо атомного номера 164 існує острівець стабільності, де надважкі елементи не будуть настільки схильні до радіоактивного розпаду і можуть залишитися, принаймні на деякий час.

Такі елементи могли б пояснити дивні спостереження за астероїдом 33 Polyhymnia, що має приблизно 50-60 кілометрів у поперечнику. Одне вимірювання показало, що щільність цього каменя з поясу астероїдів становить 75,28 грама на кубічний сантиметр, класифікуючи його як потенційно компактний ультращільний об’єкт (CUDO).

Такі показники можуть бути результатом помилкового вимірювання. Навіть астроном, який робив цей розрахунок, зазначив, що це нереально. Але фізики Еван ЛаФордж, Вілл Прайс і Йоганн Рафельскі з Університету Арізони хотіли дослідити, чи є така щільність правдоподібною.

Вчені заснували свою роботу на моделі атома Томаса-Фермі, яка є грубим, але корисним способом формування базових наближень поведінки певних атомів. У рамках цього дослідники аналізували атомну структуру гіпотетичних надважких елементів. Рафельскі зазначає:

Ми обрали цю модель, попри її відносну неточність, тому що вона дозволяє систематично досліджувати поведінку атомів як функцію атомного номера за межами відомої періодичної таблиці. Додатковим міркуванням є те, що це також дозволило нам досліджувати багато атомів за короткий час.

Розрахунки дослідників узгоджуються з гіпотетичним острівцем стабільності, який раніше передбачався під атомним номером 164. Висновки дослідників показують, що діапазон щільності цього елемента становить від 36 до 68,4 грама на кубічний сантиметр, що близько до розрахунків для астероїда 33 Polyhymnia.

Це не доводить того, що вищезазначений астероїд є надщільним. Це просто може бути ймовірним поясненням існування можливих надщільних об'єктів у космосі, які поки виходять за межі наявних фізичних даних. У своєму дослідженні вчені підкреслюють:

Мета цього дослідження полягала в тому, щоб визначити, чи можна досягти CUDO з екстремальною щільністю маси без потреби у зазвичай використовуваній дивній або темній матерії. Ми зробили це, досліджуючи дві різні ядерні системи за допомогою релятивістської моделі Томаса-Фермі. З дослідження як стандартних ядер, так і альфа-матерії стало зрозуміло, що обидва типи ядерної матерії можуть пояснити щільність, яку можна побачити в CUDO, таких як астероїд 33 Polyhymnia.

Вчені підкреслюють, що їх робота демонструє корисність моделі Томаса-Фермі для дослідження властивостей гіпотетичних надважких елементів і забезпечує основу для більш надійного їх аналізу.

Раніше ми повідомляли, що лавреатами Нобелівської премії з фізики 2023 року стали П'єр Агостіні (Франція), Ференц Краус (Угорщина) і Анн Л'Юйє (Швеція). Група фізиків отримала нагороду за дослідження динаміки електронів у матерії.