Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

За пределами таблицы Менделеева: сверхтяжелые элементы и сверхплотные астероиды

За пределами таблицы Менделеева: сверхтяжелые элементы и сверхплотные астероиды
За пределами таблицы Менделеева: сверхтяжелые элементы и сверхплотные астероиды

Плотность некоторых астероидов превышает плотность любых известных элементов, существующих на Земле. Это говорит о том, что они, по крайней мере частично, состоят из неизвестных типов «сверхплотной» материи, которую невозможно изучить традиционной физикой.

Ян Рафельски и его команда из физического факультета Аризонского университета в Тусоне, США, предполагают, что он может состоять из сверхтяжелых элементов с атомным номером (Z) выше предела текущей таблицы Менделеева.

Они смоделировали свойства таких элементов, используя модель атомной структуры Томаса-Ферми, сосредоточив особое внимание на предполагаемом «острове ядерной стабильности» при Z = 164 и около него и расширив свой метод, включив в него более экзотические типы сверхплотного материала. Эта работа теперь опубликована в The European Physical Journal Plus.

Сверхтяжелые элементы определяются как элементы с очень большим количеством протонов (высоким атомным номером), обычно считаются элементы с Z>104. Их можно разделить на две группы. Те, атомные номера которых находятся между 105 и 118, были созданы экспериментально, но они радиоактивны и нестабильны с очень коротким периодом полураспада и, следовательно, представляют только академический и исследовательский интерес.

Элементы с Z>118 пока не наблюдались, но для некоторых из них предсказаны свойства. В частности, прогнозируется «остров ядерной стабильности» около Z=164. И поскольку, как правило, плотность элементов имеет тенденцию возрастать вместе с их атомной массой , можно ожидать, что эти сверхтяжелые элементы будут чрезвычайно плотными.

Самый плотный стабильный элемент — редкий платиноидный металл осмий (Z=76); его плотность 22,59 г/см 3 примерно вдвое превышает плотность свинца. Объекты — обычно астрономические тела — с плотностью выше этой считаются «компактными сверхплотными объектами» или CUDO.

Самый крайний известный пример — астероид 33 Полигимния, расположенный в главном поясе между Марсом и Юпитером; его плотность была рассчитана как около 75 г/см 3 . Рафельски предполагает, что Полигимния и подобные объекты могут состоять из элементов с Z = 118, возможно, из других типов сверхплотной материи.

Рафельски и двое его коллег-студентов, Эван Лафорж и Уилл Прайс, намеревались рассчитать микроскопическую атомную структуру и свойства сверхтяжелых элементов, используя релятивистскую модель атома Томаса-Ферми.

«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 таблицы Менделеева», — объясняет Рафельски. «Еще одно соображение заключается в том, что это также позволило нам исследовать множество атомов за короткое время, которым располагал Эван [Лафорж], наш блестящий студент».

Расчеты исследователей подтвердили предсказание о том, что атомы, содержащие около 164 протонов в ядрах, вероятно, будут стабильными, и, кроме того, предположили, что стабильный элемент с Z = 164 будет иметь плотность от 36,0 до 68,4 г/ см 3 : диапазон это приближается к ожидаемому значению для астероида Полигимния.

Поскольку их модель использовала распределение заряда в атомном ядре в качестве одного из входных данных, ее можно было расширить для моделирования еще более экзотических веществ, включая альфа-материю: конденсат, полностью состоящий из изолированных ядер гелия (альфа-частиц).

Идея о том, что некоторые астероиды могут состоять из неизвестных на Земле материалов, еще больше мотивирует потенциальных «космических шахтеров», которые планируют разрабатывать драгоценные металлы , включая золото, которые, как ожидается, будут лежать близко к поверхности других.

«Все сверхтяжелые элементы — как крайне нестабильные, так и те, которые просто не наблюдаются — были объединены в одну группу как «унобтаиум», — заключает Рафельски. «Идея о том, что некоторые из них могут быть достаточно стабильными, чтобы их можно было получить из нашей солнечной системы, является захватывающей».

Теги: астероид

В тренде