• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.10.2023, 17:58
Игорь Байдов
14
20,1 тыс

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.
Игорь Байдов
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
30 июля, 06:28
Мария Азарова

Сексуальная удовлетворенность женщин оказалась намного сильнее связана не с тем, насколько легко достигается оргазм, а с тем, чтобы это происходило именно с партнером. К такому выводу пришли исследователи, проанализировавшие данные почти 28 тысяч пользовательниц приложения Flo.

29 июля, 11:04
Сколтех

Ученые из Сколтеха (группа ВЭБ.РФ) и их коллеги из Университета ИТМО и НИУ ВШЭ впервые продемонстрировали прямую электрическую накачку поляритонного лазера на основе галогенидного перовскитного микрокристалла, полученного из раствора. Результаты исследования представляют собой решение давней проблемы физики полупроводников и оптоэлектроники, которая десятилетиями оставалась препятствием на пути к решению технологической задачи: создать недорогие неэпитаксиальные лазерные диоды, работающие под непрерывным электрическим током. Такие устройства найдут применение в оптических сенсорах и спектроскопии, высокоскоростных вычислениях и энергоэффективных нейроморфных компьютерах.

28 июля, 06:37
Мария Азарова

Новый эксперимент показал, что собаки далеко не всегда готовы помогать людям бескорыстно. Ожидание вкусной награды влияет на поведение этих животных гораздо сильнее.

28 июля, 13:27
Александр Березин

Бывшие сотрудники NASA констатировали, что последнее видео испытаний крупнейшего космического корабля в истории снова показало проблемы и ограничения его теплового щита. С их точки зрения, любая из существующих технологий такого типа слишком сложна для реализации замысла Илона Маска о быстрой и безремонтной многоразовости Starship.

28 июля, 13:10
Марк Чернов

Американские ученые установили, что привычка регулярно пить кофе значительно снижает риск развития цирроза, рака печени и печеночных патологий. Новые данные помогают объяснить биохимические механизмы, стоящие за защитным эффектом этого напитка.

24 июля, 11:13
Игорь Байдов

Правильно подобранные звуковые последовательности способны не только стимулировать рост растений, но и влиять на их урожайность. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Они разработали технологию, которая позволяет воздействовать на процессы развития растений через акустические сигналы без использования генной инженерии или химикатов. В экспериментах добились повышения урожайности мяты, сои, болгарского перца и конопли.

9 июля, 13:06
Редакция Naked Science

Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.

19 июля, 20:09
Александр Березин

Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?

1 июля, 11:54
Марк Чернов

Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.

[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.
    +
      Еще 5 ответов
      John Smith
      12.10.2023
      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
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.
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!