Неизвестни видове „супер плътна“ материя подозират учени в състава на астероиди

Авторите на ново изследване се опитват да обяснят изключително високата плътност на един от тези големи астероиди.

В средата на ХХ век физици успяват да синтезират редица свръхтежки елементи в лаборатория, включително флеровий (старото му име е унунквадий) с атомен номер (Z) 114.

ОЩЕ: Парадоксът на чаените листа на Айнщайн доведе до спонтанно образуване на ценен материал

Под атомен номер (пореден номер на химичен елемент в периодичната система от елементи) се разбира количеството на положителните елементарни заряди в атомното ядро. Днес има 118 елемента в периодичната таблица, 92 от тях се срещат в природата, останалите 26 са получени по изкуствен път. Колкото по-висок е атомният номер на даден елемент, толкова „по-тежък“ е той.

Учените смятали, че всички елементи, получени в лаборатория, трябва да са съществували някога на Земята, но с течение на времето са се разпаднали. И действително, техни следи, макар и незначителни, се намират на нашата планета. Например в уранови руди са открити следи от нептуний (Z=93) – това са продукти на ядрени реакции под въздействието на неутрони от космическо лъчение и спонтанно делене на уран.

Днес физиците разделят свръхтежките елементи на две групи:

•  С атомен номер от 105 до 118, които са получени изкуствено, но са радиоактивни и нестабилни, с много кратък период на полуразпад, поради което представляват само академичен и изследователски интерес;
•  Елементи от „острова на стабилността“ с атомен номер, по-голям от 118. Те все още не са наблюдавани в природата, но за някои от тях са предсказани свойства. По-специално, изчисленията показват, че могат да съществуват елементи до Z=164 и те могат да останат стабилни за дълго време.

Тъй като плътността на елементите обикновено се увеличава с тяхната атомна маса, може да се очаква, че елементите на „острова на стабилността“ ще бъдат изключително плътни.

На Земята най-плътният стабилен елемент е металът осмий (Z=76) – 22,59 g/cm³, плътността му е почти два пъти по-голяма от тази на вътрешното ядро ​​на Земята. В Космоса обаче има обекти с плътност на елементи, много по-висока от тази на осмия – така наречените компактни свръхплътни тела (compact ultradense objects, CUDO).

Един от ярките примери за такива обекти е астероидът от Главния пояс (33) Полихимния: според изчисленията неговата плътност е около 75 g/cm³. Група американски физици от университета в Аризона се опитали да обяснят тази особеност на астероида. Учените се заели да изчислят атомната структура и свойствата на свръхтежките елементи на Полихимния (около стойността Z=164), използвайки модела на Томас-Ферми. Резултатите от работата са публикувани в The European Physical Journal Plus (можете да се запознаете с пълния текст тук).

„Избрахме този модел въпреки неговата неточност, защото ни позволява систематично да изучаваме атомната структура на потенциални свръхтежки химически елементи, които не са в известната периодична таблица. Освен това с негова помощ може да се изследват множество атоми за кратко време“, обяснява водещият автор на изследването Йохан Рафелски.

Изчисленията на физиците показали, че елементите, които имат атомни номера, близки до 164, могат да бъдат стабилни и тяхната плътност може да варира от 36,0 до 68,4 g/cm³ – стойност, много близка до плътността, получена при изследването на Полихимния (75 g/cm³).

ОЩЕ: Падането на антиматерията "затвори" антигравитацията

Авторите са направили извод, че астероидът може да съдържа свръхтежки елементи от „острова на стабилността“. Ако оценките на плътността са верни, то най-вероятно Полихимния се състои от неизвестни в момента свръхтежки ядра елементи, които все още не могат да бъдат изследвани на Земята – поне с текущото ниво на възможности в областта на получаването на атомни ядра.

Има обаче и друга гледна точка по въпроса за „острова на стабилността“. Редица учени смятат, че такива елементи във всеки случай не могат да бъдат достатъчно дълготрайни, а откриването на астероиди с аномална плътност (от типа на Полихимния) може да се обясни с грешки в астрономическите наблюдения. Само изследователски мисии до такива обекти биха могли най-накрая да изяснят въпроса.