Астероиды могут скрывать ранее не встречавшиеся элементы из таблицы Менделеева

Самый плотный природный элемент таблицы Менделеева — металл осмий (Os). 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 наблюдались только в лабораторных условиях.

Неизвестно, будут ли элементы с числом протонов более 118 стабильными – их никогда не наблюдали ни в 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, 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 в поперечнике.

Одно измерение выявило плотность 33 Полигимнии равную 75,28 грамма на кубический сантиметр, что классифицировало его как потенциальный компактный сверхплотный объект (CUDO, compact ultradense object).

Такое экстремальное значение плотности, скорее всего, является результатом ошибочного измерения. Даже астрономы, которые сделали эти расчеты, отметили, что результат нереален.

Но физики Эван Лафорж, Уилл Прайс и Иоганн Рафельски из Университета Аризоны захотели 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 модели ученые 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 Иоганн Рафельски.

«Еще одно соображение заключается в том, что это также позволило нам исследовать множество атомов за короткое время».

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, что близко к расчету высокой плотности для 33 Полигимнии.

Это не значит, что 33 Полигимния сверхплотный объект. Это просто означает, что может быть объяснение такому (возможно, ошибочному) измерению сверхплотности, которое не требует обращения к загадочной материи.

«Цель нашего исследования заключалась в том, чтобы определить, можно ли получить CUDO с экстремальной плотностью массы без необходимости использования странной или темной материи», — пишут исследователи в своей статье.

«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.

Исследование опубликовано в The European Physical Journal Plus.