Астероиды могут скрывать ранее не встречавшиеся элементы из таблицы Менделеева


Фото из открытых источников
Самый плотный природный элемент таблицы Менделеева — металлический осмий. При комнатной температуре он образует твердое вещество с плотностью 22,59 грамма на кубический сантиметр — почти в два раза плотнее внутреннего ядра Земли и почти такой же плотности, как ядро Юпитера.
 
Но в Солнечной системе есть некоторые объекты, которые кажутся намного более плотными, чем осмий; даже не ядра планет, а астероиды, у которых нет массы, позволяющей сжимать минералы до сверхплотного состояния.
 
Это заставило ученых предположить, что существуют встречающиеся в природе стабильные элементы за пределами таблицы Менделеева – даже за пределами нестабильных радиоактивных сверхтяжелых элементов с атомными номерами 105 и 118, которые когда-либо наблюдались только в лабораторных условиях. Исследование опубликовано в The European Physical Journal Plus.
 
Неизвестно, будут ли элементы с числом протонов более 118 стабильными – их точно никогда не наблюдали ни в дикой природе, ни в лабораторных условиях. Но теоретические исследования показывают, что вокруг атомного номера 164 существует остров стабильности, где сверхтяжелые элементы не могут быть столь склонны к радиоактивному распаду и могут оставаться там, по крайней мере, на какое-то время.
 
Поскольку ожидается, что эти более тяжелые элементы будут более плотными, они могли бы объяснить необычные наблюдения, связанные с астероидом 33 Полигимния, камнем в поясе астероидов, размер которого составляет примерно 50–60 километров (около 30–36 миль) в поперечнике. Одно измерение выявило плотность 33 Полигимнии 75,28 грамма на кубический сантиметр, что классифицировало его как потенциальный компактный сверхплотный объект (CUDO).
 
Такой выброс, скорее всего, является результатом ошибочного измерения. Даже астроном, который сделал этот расчет, отметил, что он нереален.
 
Но физики Эван Лафорж, Уилл Прайс и Иоганн Рафельски из Университета Аризоны хотели выяснить, является ли такая плотность хотя бы физически правдоподобной.
 
Они основали свою работу на модели атома, называемой моделью Томаса-Ферми, известной как грубый, но полезный способ сформировать базовые приближения к определенному поведению атома. В рамках этой программы исследователи исследовали атомную структуру гипотетических сверхтяжелых элементов.
 
«Мы выбрали эту модель, несмотря на ее относительную неточность, потому что она позволяет систематически исследовать поведение атомов в зависимости от атомного номера за пределами известной таблицы Менделеева», — говорит Рафельски. «Еще одно соображение заключается в том, что это также позволило нам исследовать множество атомов за короткое время, которым располагал Эван Лафорж».
 
Их расчеты согласовались с ранее предсказанным островом стабильности под атомным номером 164. И они показали, что диапазон плотности этого элемента находится между 36 и 68,4 граммами на кубический сантиметр. Это близко к расчету высокой плотности для 33 Полигимнии.
 
Это не значит, что 33 Полигимния сверхплотная. Это просто означает, что может быть объяснение этому (возможно, ошибочному) измерению сверхплотности, которое не требует обращения к корзине с загадочной материей.
 
«Цель этого исследования заключалась в том, чтобы определить, можно ли получить CUDO с экстремальной плотностью массы без необходимости использования обычно используемой странной или темной материи», — пишут исследователи. «Мы сделали это, исследуя две разные ядерные системы, используя релятивистскую модель Томаса-Ферми. Из исследования как стандартных ядер, так и альфа-материи становится ясно, что оба типа ядерной материи могут объяснить плотность, наблюдаемую в CUDO, таких как астероид 33 Полигимния».
 
По их словам, работа демонстрирует полезность модели Томаса-Ферми для исследования свойств гипотетических сверхтяжелых элементов и обеспечивает основу для более надежного их анализа.