Горстка астероидов в нашей Солнечной системе настолько плотна, что ни один элемент на Земле не может объяснить их свойства. Вместо этого они могут быть сделаны из встречающихся в природе «сверхтяжелых элементов», не входящих в периодическую таблицу — наш современный каталог из 118 химических элементов, — говорится в новом исследовании.
«Если астероиды действительно содержат сверхтяжелые элементы, то это открывает множество вопросов о том, как эти элементы образовались и почему мы до сих пор не обнаружили их за пределами астероидов», — сказал соавтор исследования Йоханн Рафельски.
Очень тяжелые космические камни, известные как компактные сверхплотные объекты (CUDO), обычно тяжелее осмия — самого тяжелого элемента, встречающегося на Земле. Одним из таких камней является 33 Polyhymnia, расположенный в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Ученые давно недоумевают по поводу его плотности, поскольку объект шириной 55 км не обладает массой, необходимой для сжатия минералов в сверхплотные формы. Однако из-за малых размеров и огромного расстояния до Земли его состав было трудно определить.
Предыдущие исследования предполагали, что плотность CUDO, подобных 33 Polyhymnia, можно объяснить, если эти объекты заполнены загадочными частицами темной материи, которые, возможно, существуют не в виде свободно распределенных частиц, а в виде конгломератов внутри астероидов. Теперь, в исследовании, опубликованном 15 сентября в журнале The European Physical Journal Plus, Рафельски и двое его коллег математически продемонстрировали, что существование CUDO можно объяснить не темной материей, а неизвестными классами химических элементов за пределами периодической таблицы, которые гораздо плотнее осмия.
Ученые давно спорят о том, могут ли элементы тяжелее осмия, последнего в периодической таблице, существовать в природе и быть стабильными. Такие сверхтяжелые элементы очень радиоактивны и распадаются за миллисекунды благодаря отталкиванию большого числа протонов, упакованных в их ядрах.
Предыдущие работы позволили предположить, что существует теоретическая область периодической таблицы, называемая «островом стабильности» сверхтяжелых элементов в районе атомного номера 164. При таком весе элементы могут не подвергаться быстрому радиоактивному распаду и существовать в течение коротких периодов времени. Новые расчеты Рафельски и его сотрудников согласуются с этим предсказанием.
Все сверхтяжелые элементы — как крайне нестабильные, так и просто ненаблюдаемые — были объединены в группу «унобатаниум», — говорится в заявлении Рафельски. «Идея о том, что некоторые из них могут быть достаточно стабильны и могут быть получены из нашей Солнечной системы, очень интересна».
Для того чтобы прийти к таким выводам, исследователи предположили атомную структуру гипотетических сверхтяжелых элементов, используя грубую модель атома, известную как модель Томаса-Ферми. Они обнаружили, что элементы с атомными номерами, близкими к 164, будут иметь плотность в диапазоне от 36 до 68,4 грамма на кубический сантиметр.
Этот диапазон близок к рассчитанной для 33 Polyhymnia плотности 75,28 г на кубический сантиметр. Полученные результаты позволяют предположить, что сверхтяжелые элементы, если они действительно существуют, могли бы объяснить огромную плотность этого космического камня и других подобных ему, хотя нельзя полностью исключить возможность существования темной материи в составе сверхплотных астероидов.
«Что особенно интересно в этой работе, так это то, что мы не знаем точно, к чему это приведет», — сказал Рафельски.
Нет комментариев