• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.10.2023
Игорь Байдов
14
19 797

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 07:36
Полина Меньшова

Слонам свойственны развитая мимика, умение сотрудничать и помогать друг другу, а также хорошая память. Ученые из Германии и Франции обнаружили, что эти животные способны узнать сотрудников зоопарка, которые работали с ними больше 10 лет назад.

Позавчера, 13:02
Елизавета Александрова

Ранее семь разных компаний заявили, что смогут забрать с Красной планеты капсулы с образцами, собранными марсоходом Perseverance. Теперь в этом соревновании неожиданно появился новый сильный игрок.

10 часов назад
Юлия Трепалина

В научной литературе немало примеров работ о пользе животных-компаньонов для людей. Однако в новом исследовании о влиянии домашних питомцев на эмоциональное здоровье, поведенческое и когнитивное развитие детей ученые неожиданно сделали не только положительные выводы.

Позавчера, 13:02
Елизавета Александрова

Ранее семь разных компаний заявили, что смогут забрать с Красной планеты капсулы с образцами, собранными марсоходом Perseverance. Теперь в этом соревновании неожиданно появился новый сильный игрок.

9 октября
Елизавета Александрова

Одна из самых первых галактик во Вселенной оказалась совсем не тем, что ученые ожидали увидеть всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Позавчера, 07:36
Полина Меньшова

Слонам свойственны развитая мимика, умение сотрудничать и помогать друг другу, а также хорошая память. Ученые из Германии и Франции обнаружили, что эти животные способны узнать сотрудников зоопарка, которые работали с ними больше 10 лет назад.

25 сентября
Татьяна

Марс не всегда был холодным и сухим, как сейчас. Все больше фактов говорит о том, что миллиарды лет назад там текли водные потоки. А значит, была плотная атмосфера, создающая парниковый эффект и поддерживающая воду в жидком состоянии. Примерно 3,5 миллиарда лет назад вода исчезла, газовая оболочка существенно поредела. Почему? Ответ буквально лежит на поверхности, выяснили американские геологи.

17 сентября
Unitsky String Technologies Inc.

Инженеры из Белоруссии разработали альтернативный маршрут для более быстрой, безопасной и доступной перевозки грузов по сравнению с использованием Северного морского пути (СМП). Проект предусматривает организацию высокоскоростных грузопассажирских перевозок, в том числе транзитных, что станет альтернативой другим видам транспорта, в первую очередь авиации, за счет высокой скорости передвижения и уровня комфорта.

16 сентября
Любовь

Исследовательская группа из NASA выяснила, как на поверхности Красной планеты образуются маленькие темные объекты в форме пауков. Новаторский эксперимент, проведенный в лабораторных условиях, позволил воссоздать процессы, которые наблюдаются на поверхности Марса в зимние и весенние месяцы.

[miniorange_social_login]

Комментарии

14 Комментариев
-
0
+
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.
      -
      0
      +
      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.
          -
          0
          +
          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))
      -
      0
      +
      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.
Николай К
12.10.2023
-
5
+
Склоняюсь к версии с ошибкой в расчетах массы астероида
Почитайте о сверхтяжелых «терроидах» Бабикова😉
Хорошая статья
-
2
+
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
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
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно