Астероиды могут скрывать ранее не встречавшиеся элементы из таблицы Менделеева
Самым плотным природным элементом таблицы Менделеева является 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 там есть некоторые объекты. в Солнечной системе они кажутся намного более плотными, чем осмий; даже не ядра планет, а астероиды, масса которых не позволяет сжимать минералы до сверхплотного состояния.
Это заставило ученых предположить, что за пределами таблицы Менделеева существуют естественные стабильные элементы. – даже за исключением нестабильных, радиоактивных сверхтяжелых элементов с атомными номерами от 105 до 118, которые когда-либо наблюдались только в лабораторных условиях.
Неизвестно, будут ли элементы с числом протонов более 118 стабильными – они определенно никогда не наблюдался 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.
Потому что эти более тяжелые элементы ожидаемы. если быть 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 показало, что плотность 33 Полигимнии составила 75,28 грамма на кубический сантиметр, что классифицирует его как потенциальный компактный сверхплотный объект (CUDO).
Такой выброс, вероятно, является результатом ошибочного измерения. Даже астроном, который сделал этот расчет, отметил, что это нереально.
Но физики Эван Лафорж, Уилл Прайс и Иоганн Рафельски из Университета Аризоны хотели исследовать, была ли такая плотность хотя бы физически правдоподобной.
Они основывали свою работу на модели атома, называемой моделью Томаса-Ферми, известной как грубый, но полезный способ формирования основных приближений к определенному поведению атома. В рамках этой концепции исследователи исследовали атомную структуру гипотетических сверхтяжелых элементов.
«Мы выбрали эту модель, несмотря на ее относительную неточность, потому что она позволяет систематически исследовать поведение атомов как функцию атомного номера за пределами известная периодическая таблица», — говорит Рафельски.
«Еще одно соображение заключается в том, что она также позволила нам изучить множество атомов за короткое время, доступное Эвану [Лафоржу], нашему блестящему студенту».
Их расчеты согласуются 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 Polyhymnia.
Это не означает, что 33 Polyhymnia является сверхплотной. 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, являются ли CUDO с экстремальными Плотность массы могла бы быть достигнута без необходимости использования обычно упоминаемой странной или темной материи», — пишут исследователи в своей статье.
«Мы сделали это, исследуя две разные ядерные системы с использованием релятивистской модели 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».
Работа, говорят они, демонстрирует полезность модели Томаса-Ферми для исследования свойств гипотетических сверхтяжелых элементов и обеспечивает основу для более надежного их анализа.
Исследование опубликовано в The European Physical Journal Plus.
