• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.10.2023, 17:58
Игорь Байдов
14
20 001

В составе астероидов заподозрили неизвестные типы «сверхплотной» материи

❋ 4.1

Плотность некоторых крупных астероидов может в разы превышать плотность любых известных на Земле элементов. Это должно указывать на то, что «космические камни»‎, по крайней мере частично, могут состоять из неизвестных типов очень плотной материи, которые нельзя изучить с помощью «стандартной модели физики». Авторы нового исследования попытались объяснить чрезвычайно высокую плотность одного из таких крупных астероидов.

Астероид Психея
Астероид Психея в представлении художника / © NASA / Автор: Milonia Larcius

В середине XX века советский физик-ядерщик Георгий Флеров со своими подопечными смог синтезировать в лаборатории ряд сверхтяжелых элементов, включая унунквадий с атомным номером (Z) 114, впоследствии его переименовали в флеровий в честь физика. 

Под атомным номером (порядковый номер химического элемента в периодической системе элементов таблицы Менделеева) понимают количество положительных элементарных зарядов в атомном ядре. На сегодня в периодической таблице числятся 118 элементов, в природе встречается 92 из них, остальные 26 получены искусственно. Чем выше атомный номер элемента, тем он «тяжелее».

Советские ученые предположили, что все элементы, полученные в лаборатории, должны были когда-то существовать на Земле, но с течением времени они распались. Действительно, их следы, пусть и ничтожные, находят на нашей планете. Например, следы нептуния (Z=93) обнаружены в урановых рудах — это продукты ядерных реакций под действием нейтронов космического излучения и спонтанного деления урана. 

Флеров выдвинул гипотезу, что в природе должен существовать «остров стабильности сверхтяжелых ядер» — группа сверхтяжелых элементов, находящаяся за пределами уже открытой части таблицы Менделеева.

Сегодня физики разделяют сверхтяжелые элементы на две группы: 

— С атомным номером от 105 до 118, которые были получены искусственно, но при этом радиоактивны и нестабильны, с очень коротким периодом полураспада, и, следовательно, они представляют только академический и исследовательский интерес;

— Элементы «острова стабильности» с атомным номером больше 118. Они пока не наблюдались в природе, но для некоторых из них были предсказаны свойства. В частности, расчеты показывают, что могут существовать элементы до Z=164, при этом они могут оставаться стабильными на протяжении долгого времени.

Поскольку плотность элементов, как правило, возрастает с увеличением их атомной массы, можно ожидать, что элементы «острова стабильности» будут чрезвычайно плотными. 

На Земле самый плотный стабильный элемент — металл осмий (Z=76) — 22,59 г/см3, его плотность почти в два раза больше, чем внутреннего ядра Земли. Однако в космосе встречаются объекты с плотностью элементов намного выше, чем у осмия, — так называемые компактные сверхплотные тела (compact ultradense objects, CUDO). 

Один из ярких примеров таких объектов — астероид Главного пояса (33) Полигимния: согласно расчетам, его плотность составляет около 75 г/см3. Группа американских физиков из Аризонского университета попыталась объяснить эту особенность астероида. Ученые задались целью рассчитать атомную структуру и свойства сверхтяжелых элементов Полигимнии (около значения Z=164), используя модель атома Томаса — Ферми. Результаты работы опубликованы в The European Physical Journal Plus (здесь можно ознакомиться с ее полным текстом).

«Мы выбрали эту модель, несмотря на ее неточность, за то, что она позволяет систематически изучать атомную структуру потенциальных сверхтяжелых химических элементов, которых нет в известной периодической таблице. Кроме того, с ее помощью можно исследовать множество атомов за короткое время», — объяснил ведущий автор исследования Ян Рафельски.

График плотности элементов
График, показывающий плотности элементов с атомным номером от 1 до 100. Красными треугольниками отмечены тяжелые металлы. Красный треугольник в правом верхнем углу — осмий (Z=76), самый плотный стабильный элемент на Земле / © LaForge, et al.

Расчеты физиков показали, что элементы, которые имеют атомные номера близкие к 164, могут быть стабильными и при этом их плотность может составлять от 36,0 до 68,4 г/см3 — значение очень близкое к значению плотности, полученному при изучении Полигимнии (75 г/см3).

Авторы сделали вывод, что на астероиде могут находиться сверхтяжелые элементы «острова стабильности». Если оценки плотности верны, то, скорее всего, Полигимния состоит из неизвестных на сегодня сверхтяжелых ядер элементов, которые пока невозможно изучить на Земле — по крайней мере, при современном уровне возможностей в области получения атомных ядер.

Стоит отметить, что на вопрос об «острове стабильности» есть и иная точка зрения. Ряд ученых считают, что такие элементы в любом случае не могут быть достаточно долгоживущими, а обнаружение астероидов с аномальной плотностью (типа Полигимнии) может объясняться ошибками в астрономических наблюдениях. Окончательно прояснить вопрос могли бы только исследовательские миссии к таким телам.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Автор публикует материалы по астрономии, археологии и палеонтологии. В текстах освещает современные открытия, теории и ключевые находки, представляя актуальные данные в научно-популярном формате.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
25 августа, 07:38
Адель Романова

В поиске сигналов от внеземных цивилизаций ученые решили сосредоточиться не на целенаправленных посланиях человечеству, а на случайных «утечках информации» из межпланетного пространства гипотетической обитаемой системы. По расчетам, в определенные моменты до нас могут доходить сигналы внеземной космической связи. Кстати, благодаря «общению» Земли с марсианскими и другими зондами мы тоже постоянно невольно сообщаем о себе в глубокий космос.

25 августа, 09:35
Любовь С.

Модель, представленная учеными из коллаборации DESI и Мичиганского университета (США), может перевернуть представления о происхождении темной энергии. Авторы нового исследования полагают, что черные дыры, поглощая вещество, постепенно преобразовывают его в энергию, гипотетически ответственную за расширение Вселенной.

25 августа, 08:19
Адель Романова

Глава Российской академии наук Геннадий Красников рассказал в недавнем интервью о том, для чего мышам летать над полюсами Земли, в чем преимущества новой космической станции по сравнению с МКС, что предстоит проделать на Луне в ближайшее десятилетие и чем ученых продолжает интриговать Венера.

22 августа, 10:48
ПНИПУ

К 2025 году около 30 стран приняли программы по развитию водородной энергетики, а совокупный объем инвестиций в эту область превысил 150 миллиардов долларов. Эксперты полагают, что замена дизельных авто на водородные снизит выбросы на 80-90%, а водородные самолеты способны уменьшить углеродный след на 50-75%. Но при использовании водорода в двигателях внутреннего или внешнего сгорания, происходит взаимодействие с металлом, что наиболее опасно при высоких температурах. Это может вызвать их разрушение, в результате чего возникает риск пожара или взрыва с тяжелыми последствиями для пассажиров. Ученые Пермского Политеха впервые выяснили, как водород влияет на металлы в условиях экстремальных температур (800 градусов и выше), в которых работают двигатели самолетов и машин. Это продвинет авиационную, машиностроительную и нефтегазовую отрасли в безопасном использовании водорода в качестве источника энергии.

22 августа, 14:45
Игорь Байдов

Ученые обнаружили косвенные доказательства существования мира размером с Землю за орбитой Нептуна. Эта гипотетическая планета отличается от предполагаемой Девятой планеты не только размером, но и гравитационным влиянием на другие объекты.

22 августа, 13:09
Юлия Трепалина

Большие кошки (Pantherinae) обычно охотятся на животных своего или меньшего размера. У снежных барсов, как выяснилось, другие предпочтения. Новое исследование показало, что ирбисы чаще нападают на взрослых горных козлов, которые как минимум вдвое превосходят хищников в весе. Ученые объяснили, с чем может быть связан такой выбор добычи.

6 августа, 20:59
Татьяна Пичугина

Примерно 12 800 лет назад в Северном полушарии началось резкое изменение климата, которое сопровождалось вымиранием мегафауны и угасанием культуры Кловис. Такое могло произойти, например, из-за прорыва пресных вод в Атлантику или мощного вулканического извержения. Несколько лет назад ученые обнаружили места на суше с повышенным содержанием элементов платиновой группы, прослоями угля, микрочастицами расплава. По их мнению, это может быть признаком пребывания Земли в потоке обломков кометы или астероида. В новой работе впервые представлены доказательства кометного события в позднем дриасе из морских осадочных толщ.

30 июля, 08:08
Редакция Naked Science

Возраст находок — около 5500 лет, они лежат во множестве круглых ям, чьи стены укреплены кирпичом. Среди обнаруженных орудий из кремня есть и сотни неиспользованных, которые могут быть ритуальным подношением богам.

31 июля, 08:28
Полина Меньшова

Гостингом (от английского «призрак») называют ситуацию, когда человек прекращает общение или отношения, «пропадая с радаров» без объяснения причин. Исследователи из США сымитировали такое поведение, а затем проанализировали реакцию людей на него.

[miniorange_social_login]

Комментарии

14 Комментариев
Ну да, ну да, на Земле, значит, не нашли ниодного завалящего атома из острова стабильности, а тут целый астероид из них... Материал стоит заголовка...
    Я не сторонник гипотезы острова стабильности (в том ее варианте. где элементы острова могут жить миллиарды лет), но должен признать, что конкретно этот аргумент вряд ли рабочий. По той простой причине, что при дифференциации планеты с ее поверхность даже иридий исчез наглухо -- поэтому так легко выявить астероидный -- а ведь иридий в разы менее плотный, чем обсуждаемые штуки. Если бы они существовали (и тем более -- если бы были сидерофильными) -- большое если -- то давно ушли бы к ядру Земли, откуда до нас ничего не доходит. Критиковать остров стабильности можно и нужно, но не так.
    +
      ещё комментарии
      John Smith
      12.10.2023
      -
      2
      +
      Да, но с тех пор на землю упали миллионы метеоритов и тысячи астероидов и тоже, нигде ничего. А еще в википедии на которую дана ссылка в статье почему то не говорится ни о каких уникальностях этого астероида. Больше на какую то шутку похоже.
      Иридий с астероидов все-таки находится - нашлись бы и СТЭ. По одной из ссылок была работа https://arxiv.org/abs/1203.4336, откуда авторы брали плотности - там довольно много сверхвысоких случаев, в том числе немаленькие тела. В поясе регулярно происходят столкновения, осколки от сверхплотных астероидов долетали бы до Земли так же, как и остальные - метеоритов из СТЭ было бы может на пару порядков меньше, чем металлических. Плюс мелкая пыль, равномерно распределенная. Даже если это металлические объекты - какое-то количество пыли и дроби при столкновениях все равно вылетало бы, после чего оседало у нас в атмосфере и сгорало в ней. Что-то бы уже нашли. А пределы обнаружения 1e-14...1e-12, так что все или как минимум почти все данные о плотности ненадежны... как там и указано. Скоро подъедут данные с GAIA по астрометрии астероидов - тогда можно будет считать микровозмущения их орбит друг от друга, и точность/надежность определения масс многократно возрастет. Вангую, Полигимния похудеет на порядок, а то и с небольшим) (диаметр, кажется, там довольно надежно 50-60 км) Ну и остается вопрос, откуда такому количеству СТЭ взяться, да еще и в концентрированном виде. Если такие ядра есть, они не устойчивы как минимум по удельной энергии связи. Могли бы образовываться в слияниях НЗ, но их там дербанит потоками нейтронов и гамма-излучением, к чему они менее устойчивы, чем актиниды - даже если по кинетике имеют долгий полураспад...
        А вот это уже действительно сильный аргумент. Менее ясно только то, открыли бы вообще такие элементы по следам пыли, если не знаем, что искать? Иридий ведь не по астероидной пыли сперва открыли. Но если честно, то я тоже склоне считать, что речь просто о массовы ошибках наблюдений.
          В пыли есть примитивный материал, и сборная солянка со всего, что в поясе летает... Если что-то есть - там должно сколько-то быть. Подход поиска в рудах гомологов, вероятно, неверен - СТЭ сильно отличаются по свойствам от остальных элементов тех же групп. Там релятивистские эффекты в орбиталях берут такой разгон, что "аналогов нет") 114-й чуть ли не больше похож на благородный газ, чем на свинец, а 118-й, наоборот, предполагается, что полупроводник. Дальше уже полная мешанина. Не знаю, были ли новые эксперименты по поиску в природе, но я бы искал в самых разных материалах, в железных метеоритах, в хондритах, в пыли, в различных минералах. И при этом не проводя никакого концентрирования, потому что непонятно даже, куда пойдут искомые элементы при этом - в отвал или в концентрат. А гравитационная сепарация - вопрос тоже интересный. В твердых породах она может наступать разве что для очень тяжелых страпелек. Определяется из m*g*h > E, где h - характерное межатомное расстояние, а E - энергия скачка по кристаллической решетке, и получается m порядка1e16 а.е.м. Еще больше, если диаметр электронной оболочки намного больше, чем у обычного атома. Но в расплаве - дело другое, там должно тонуть уже то, что порядка на три тяжелее обычных атомов. До центров дифференцированных планетоидов типа Весты когда-то в отдаленном будущем можно и добуриться, и встретить что-то интересное, если оно в природе существует))
      Ну если бы иридий действительно целиком ушёл в ядро, вряд ли бы его открыли/находили на Земле. Здесь дело же не в острове стабильности, как таковом. А в предположении, что в космосе существуют тела из элементов из этого острова, как минимум, с очень высокой их концентрацией, такой, что существенно влияет на плотность тел, а на Земле их не нашли до сих пор даже в следовых количествах. О пыли и метеоритах здесь уже писали... Так что, инхо, авторы "исследования" просто решили пропиариться. А насчёт острова как такового, тут из общих соображений лично я сомневаюсь, что что-то такое есть, но мне было бы безумно интересно, если бы оно таки оказалось существующим.
pontiyleontiy
12.10.2023
-
0
+
Заголовок такой, будто открыли либо новую форму материи, либо неизвестное фазовое состояние. Хотя речь идет о химических элементах из гипотетического острова стабильности. Это само по себе было бы здорово и без легкого налета желтизны.
-
5
+
Склоняюсь к версии с ошибкой в расчетах массы астероида
Почитайте о сверхтяжелых «терроидах» Бабикова😉
Хорошая статья
Если у Полигимнии подтвердится плотность десятки г/см3 - это само по себе станет из ряда вон выходящим открытием!
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно