Астероиды могут состоять из неизвестных сверхтяжелых элементов
После того как приборы позволили с высокой точностью измерять характеристики астероидов, астрофизикам пришлось столкнуться с трудноразрешимой загадкой: почему плотность некоторых из них выше, чем у любых известных элементов, существующих на Земле? Ян Рафельски и его коллеги из Аризонского университета предположили, что все дело в сверхтяжелых элементах, которые не существуют на Земле. Результаты своего исследования они опубликовали в научном журнале European Physical Journal.
Одноименно заряженные протоны держатся в атомном ядре благодаря сильному взаимодействию на ультракоротких расстояниях. Когда число протонов в ядре (Z) превышает 76 (осмий), силы электромагнитного отталкивания начинают преобладать и атом становится нестабильным, а затем радиоактивным. Элементы же с атомным номером больше 164 теоретически вообще не могут существовать.
Сверхтяжелый класс элементов начинается с Z=100. В отличие от урана, в земной коре они не встречаются, но могут быть синтезированы в лаборатории, как плутоний, калифорний или московий. Самый тяжелый на сегодняшний день элемент — оганесон — был получен российскими учеными и назван в честь академика Юрия Оганесяна. Он имеет номер 118.
Астероиды считаются «компактными сверхплотными телами», если их плотность выше, чем у осмия — 22,59 г/см3. Наиболее экстремальным известным примером таких объектов является астероид под названием 33 Полигимния, который расположен в главном поясе между Марсом и Юпитером: его плотность была рассчитана как около 75 г/см3, то есть он примерно в шесть раз тяжелее свинца, а литровая бутылка, наполненная его грунтом, весила бы больше взрослого мужчины.
Американские физики в своем исследовании смоделировали свойства целого ряда сверхтяжелых элементов, используя модель атомной структуры Томаса-Ферми. Причем сосредоточились они на предлагаемом «островке ядерной стабильности» при Z=164 (предел возможного размера ядра), то есть на самых экзотических типах сверхплотных материалов, пока еще не открытых.
«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 периодической таблицы», — объяснил Рафельски. Результат оказался несколько неожиданным.
Расчеты показали, что атомы с примерно 164 протонами в ядрах в условиях астероидов могут быть даже относительно стабильными. Причем такой стабильный элемент с Z=164 имел бы плотность от 36,0 до 68,4 г/см3: диапазон, который приближается к ожидаемому значению для астероида Полигимния. И даже несколько меньше. А значит, не исключено, что даже 164 протона в ядре — не предел.
По мнению ученых, одно из главных следствий их исследования — то, что астероиды теперь станут еще более привлекательными с точки зрения разработки ресурсов. Ведь возможность находить на них элементы, вообще не встречающиеся на Земле, откроет совершенно новые перспективы перед наукой и техникой — на порядки более широкие, чем добыча того же золота.
