Asteroidy mogą skrywać pierwiastki spoza układu okresowego

Gęstość niektórych obiektów krążących w Układzie Słonecznym jest tak duża, że nawet gdyby były zbudowane z najcięższych pierwiastków znanych na Ziemi, to nie wyjaśniałoby to uzyskanych w pomiarach wyników. To sugeruje, że mogą zawierać ultragęstą materię zawierającą superciężkie pierwiastki nieznane na naszej planecie. Przewidywania zachowania takich pierwiastków mogą pomóc w wyjaśnieniu właściwości i budowy gęstych asteroid.

Składająca się w dużej mierze z metali asteroida PsycheSkładająca się w dużej mierze z metali asteroida Psyche
Źródło zdjęć: © RawPixel, CC0

W 2012 r. Benoît Carry oszacował masę asteroidy 33 Polyhymnia na podstawie jej wpływu grawitacyjnego na inne ciała Układu Słonecznego. Jednakże uzyskane wyniki wprowadziły go w zdumienie. Asteroida wydawała się za gęsta, biorąc pod uwagę jej rozmiary. To wskazywało na błąd w obliczeniach lub na nieznaną, ultragęstą materię zbudowaną z nieznanych na Ziemi superciężkich pierwiastków.

Superciężkie pierwiastki to takie, które mają dużą liczbę protonów w jądrze. Liczbę tę oznacza się literą Z i jest to tzw. liczba atomowa. Kilka lat temu uzupełniono układ okresowy o cztery nowe pierwiastki. Najcięższy z nowych pierwiastków i w ogóle najcięższy pierwiastek układzie okresowym, nazwany oganesson, ma Z=118. Nazwano go na cześć akademika i odkrywcy Yuriego Oganessiana. Uzyskany został po raz pierwszy w 2002 roku w wyniku bombardowania kalifornu-249 atomami wapnia-48.

Choć nic cięższego od oganessona nie zaobserwowano, to asteroidy podobne do 33 Polyhymnia mogą właśnie takie pierwiastki zawierać. Jan Rafelski i jego zespół z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Arizony w Tucson w USA sugerują, że mogą to być pierwiastki superciężkie o liczbie atomowej wyższej niż obecna granica układu okresowego. Modelowali oni właściwości takich potencjalnych pierwiastków, korzystając z modelu struktury atomu Thomasa-Fermiego, koncentrując się szczególnie na tzw. wyspie stabilności jądrowej przewidywanej dla Z=164. Praca ta została opublikowana w "EPJ Plus" (DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8).

33 Polyhymnia

Pierwiastki superciężkie definiuje się jako te, które mają Z powyżej 104. Te o liczbie atomowej pomiędzy 105 a 118 zostały wytworzone eksperymentalnie, ale są niestabilne i mają bardzo krótkie okresy półtrwania, dlatego mają jedynie znaczenie akademickie i badawcze. Jednak prace teoretyczne sugerują, że wokół liczby atomowej 164 istnieje wspomniana już wyspa stabilności. Takie superciężkie pierwiastki powinny być bardziej stabilne i utrzymywać się znacznie dłużej.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Recenzja Hisense MiniLED 65U78Q - telewizor trafiający w złoty środek

Gęstość pierwiastków rośnie wraz z ich masą atomową, można zatem oczekiwać, że superciężkie pierwiastki będą też niezwykle gęste. Najgęstszym stabilnym pierwiastkiem jest rzadki osmium (Z=76), a jego gęstość wynosi ok. 22,59 g/cm³ i jest około dwukrotnie większa niż w przypadku ołowiu. Obiekty astronomiczne o większej gęstości są określane mianem ultragęstych zwartych obiektów (z j. ang. compact ultradense objects - CUDO).

Najbardziej znanym CUDO jest asteroida 33 Polyhymnia, która znajduje się w głównym pasie planetoid pomiędzy Marsem a Jowiszem. Jej gęstość obliczono na około 75 g/cm3. Według badaczy z grupy Rafelskiego, 33 Polyhymnia i podobne obiekty mogą składać się częściowo z pierwiastków powyżej Z=118.

Superciężkie i prawdopodobnie stabilne

Rafelski wraz ze współpracownikami, korzystając z modelu struktury atomu Thomasa-Fermiego, podjął się próby scharakteryzowania potencjalnych superciężkich pierwiastków. Ich obliczenia potwierdziły przewidywania, że atomy zawierające około 164 protony w jądrze będą prawdopodobnie stabilne. Co więcej, wyniki zasugerowały, że stabilny pierwiastek o Z=164 będzie miał gęstość pomiędzy 36,0 a 68,4 g/cm3. To zakres, który zbliża się do wartości zmierzonej dla asteroidy 33 Polyhymnia.

"Celem tego badania było ustalenie, czy mogą istnieć CUDO o ekstremalnej gęstości bez potrzeby mieszania w sprawę przywoływanej zwykle w podobnych przypadkach dziwnej lub ciemnej materii" – napisali badacze w publikacji. "Nasze wyniki dotyczące gęstości masy pozwalają nam postawić hipotezę, że jeśli superciężkie pierwiastki są wystarczająco stabilne, mogą istnieć w jądrach gęstych asteroid, takich jak 33 Polyhymnia" – dodał zespół.

Źródło: Springer, Science Alert, IFLScience, fot. RawPixel/ CC0. Na zdjęciu składająca się w dużej mierze z metali asteroida Psyche.

Źródło artykułu:

Wybrane dla Ciebie

Może spowalniać starzenie. Napój z tą substancją zna każdy
Może spowalniać starzenie. Napój z tą substancją zna każdy
Francja modernizuje siły powietrzne. Zamówiła podniebne bestie
Francja modernizuje siły powietrzne. Zamówiła podniebne bestie
Zyska Korea Południowa. USA sprzedadzą im te rakiety za 34 mln dol.
Zyska Korea Południowa. USA sprzedadzą im te rakiety za 34 mln dol.
Pokazał Oriesznika? Tajemniczy model na biurku Łukaszenki
Pokazał Oriesznika? Tajemniczy model na biurku Łukaszenki
AIM-120D-3 AMRAAM dla Polski. Pociski przeznaczone dla F-35
AIM-120D-3 AMRAAM dla Polski. Pociski przeznaczone dla F-35
Nowy front Putina. Rosja pomaga Chinom przygotować inwazję na Tajwan
Nowy front Putina. Rosja pomaga Chinom przygotować inwazję na Tajwan
"Zadzwoniło do domu". Polski instrument GLOWS na pokładzie misji NASA
"Zadzwoniło do domu". Polski instrument GLOWS na pokładzie misji NASA
TechNielogicznie #1. Czy misja Ignis była stratą pieniędzy?
TechNielogicznie #1. Czy misja Ignis była stratą pieniędzy?
Gigant dla sąsiada Polski. Takiego samolotu jeszcze nie mieli
Gigant dla sąsiada Polski. Takiego samolotu jeszcze nie mieli
Zniknęło całkowicie 6,2 mln lat temu. Wciąż jest na mapie
Zniknęło całkowicie 6,2 mln lat temu. Wciąż jest na mapie
"Okropna spółka". Znany analityk prawie wypowiedział wojnę Sony
"Okropna spółka". Znany analityk prawie wypowiedział wojnę Sony
Rybacy znaleźli podwodnego drona. Miał 3,5 metra długości
Rybacy znaleźli podwodnego drona. Miał 3,5 metra długości