Güneş sistemindeki asteroitler keşfedilmemiş süper ağır elementler içerebilir

Yüzyıllardır, yeni unsurlar arayışı birçok bilimsel disiplinde itici güç olmuştur. Bir atomun yapısını anlamak ve nükleer bilimin gelişimi, bilim adamlarının eski hedefine ulaşmasını sağladı. simyacılar—bir elementi diğerine dönüştürmek.

Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca, bilim adamları Amerika Birleşik Devletleri, Almanya Ve Rusya özel aletlerin nasıl kullanılacağını öğrendim iki atom çekirdeğini birleştirmek ve yenisini yarat, süper ağır elemanlar.

Bu ağır elementler genellikle kararlı değildir. Daha ağır elementler daha fazla protona sahip olmakveya çekirdekteki pozitif yüklü parçacıklar; bilim adamlarının yarattığı bazı şeyler 118’e kadar var. Bu kadar çok proton varken, atom çekirdeğindeki protonlar arasındaki elektromanyetik itici kuvvetler, çekirdeği bir arada tutan çekici nükleer kuvvete üstün gelir.

Bilim insanları uzun zamandır tahmin ediliyor yaklaşık 164 protona sahip elementlerin nispeten uzun bir süreye sahip olabileceği yarı ömür, hatta istikrarlı olun. Buna “” diyorlar.istikrar adası“—burada, çekici nükleer kuvvet herhangi bir elektromanyetik itmeyi dengeleyecek kadar güçlüdür.

Ağır elementlerin laboratuvarda üretilmesi zor olduğundan benim gibi fizikçiler her yerde bu unsurları arıyordum, hatta dünyanın ötesinde. Araştırmayı daraltmak için bu unsurları ne tür doğal süreçlerin üretebileceğini bilmemiz gerekiyor. Ayrıca kütle yoğunlukları gibi hangi özelliklere sahip olduklarını da bilmemiz gerekiyor.

Yoğunluğun hesaplanması

Ekibim en başından beri bu süper ağır elementlerin kütle yoğunluğunu hesaplamak istiyordu. Bu özellik bize bu elementlerin atom çekirdeklerinin nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi verebilir. Yoğunlukları hakkında bir fikrimiz olduğunda, bu unsurların nerede saklanıyor olabileceğine dair daha iyi bir fikir sahibi olabiliriz.

Kütle yoğunluğunu ve diğerlerini bulmak için kimyasal özellikler Araştırma ekibim, bu elementlerin her birinin bir atomunu tek, yüklü bir bulut olarak temsil eden bir model kullandı. Bu model büyük atomlar için, özellikle de kafes yapısında dizilmiş metaller için iyi çalışır.

Bu modeli ilk olarak yoğunlukları bilinen atomlara uygulayıp kimyasal özelliklerini hesapladık. İşe yaradığını anladığımızda, modeli 164 protonlu elementlerin ve bu kararlılık adasındaki diğer elementlerin yoğunluğunu hesaplamak için kullandık.

Hesaplamalarımıza göre atom numaraları 164 civarında olan kararlı metallerin yoğunluklarının 36 ila 68 g/cm arasında olmasını bekliyoruz.³ (21 ila 39 oz/inç³). Ancak hesaplamalarımızda atom çekirdeğinin kütlesi hakkında ihtiyatlı bir varsayım kullandık. Gerçek aralığın %40’a kadar daha yüksek olması mümkündür.

Asteroitler ve ağır elementler

Birçok bilim adamı altın olduğuna inanıyorum ve diğer ağır metaller daha sonra Dünya yüzeyinde birikti. asteroitler gezegene çarptı.

Aynı şey bu süper ağır elementler için de olabilirdi, ancak süper kütleli ağır elementler yere batar ve Dünya yüzeyine yakın bir yerden elenir. tektonik plakaların batması. Bununla birlikte, araştırmacılar Dünya yüzeyinde süper ağır elementler bulamasalar da, onları bu gezegene getiren asteroitler gibi asteroitlerde olabilirler.

Bilim insanları bazı asteroitlerin kütle yoğunluğunun Dünya’nınkinden daha büyük olduğunu tahmin ediyor. osmiyum (22,59 gr/cm³13,06 oz/inç³), Dünya’da bulunan en yoğun element.

Bu nesnelerin en büyüğü asteroit 33’tür. lakaplı Polyhymnia ve hesaplanan yoğunluğu 75,3 g/cm’dir³ (43,5 oz/inç³). Ancak uzaktaki asteroitlerin kütlesini ve hacmini ölçmek oldukça zor olduğundan bu yoğunluk pek doğru olmayabilir.

Polyhymnia oradaki tek yoğun asteroit değil. Aslında, asteroitler de dahil olmak üzere, bu süper ağır elementleri içerebilecek bir dizi süper ağır nesne var. Bir süre önce ismi tanıttım Kompakt Ultra Yoğun Nesneler veya CUDO’larbu sınıf için.

Ekim 2023’te European Physical Journal Plus’ta yayınlanan bir çalışmada ekibim, güneş sistemindeki yörüngedeki bazı CUDO’ların hâlâ bunlardan bazılarını içerebileceğini öne sürdü. yoğun, ağır elementler çekirdeklerinde. Yüzeyleri zamanla normal madde biriktirmiş olacak ve uzaktaki bir gözlemciye normal görünecektir.

Peki bunlar nasıl üretilen ağır elementler? Bazı aşırı astronomik olaylar, çift ​​yıldızlı birleşmeler kararlı süper ağır elementler üretecek kadar sıcak ve yoğun olabilir.

Süper ağır malzemenin bir kısmı, bu olaylarda oluşturulan asteroitlerin üzerinde kalabilir. Milyarlarca yıl boyunca güneş sisteminin yörüngesinde dönen bu asteroitlerin içinde sıkışıp kalabilirler.

Geleceğe bakmak

Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia misyonu gökyüzündeki her şeyin en büyük, en hassas üç boyutlu haritasını oluşturmayı hedefliyor. Araştırmacılar bu son derece kesin sonuçları şu amaçlarla kullanabilirler: asteroitlerin hareketini incelemek ve hangilerinin alışılmadık derecede büyük bir yoğunluğa sahip olabileceğini bulun.

Asteroitlerin yüzeylerinden malzeme toplamak ve bunları Dünya’ya geri analiz etmek için uzay görevleri yürütülüyor. Hem NASA hem de Japon devlet uzay ajansı JAXA Dünya’ya yakın düşük yoğunluklu asteroitleri başarıyla hedeflediler. Sadece bu ay, NASA’nın OSIRIS-REx misyon bir örnek getirdi. Numune analizi henüz yeni başlıyor olsa da, milyarlarca yıl boyunca biriken süper ağır elementleri içeren tozu barındırma ihtimali çok küçük.

Dünya’ya getirilecek kütle yoğunluğundaki bir toz ve kaya örneği yeterli olacaktır. NASA’nın Psyche misyonuEkim 2023’te fırlatılan uçak, uçacak ve örnek alacak metal açısından zengin bir asteroit süper ağır unsurları barındırma şansı daha yüksektir. Bunun gibi daha fazla asteroit görevi, bilim adamlarının güneş sistemindeki yörüngede dönen asteroitlerin özelliklerini daha iyi anlamalarına yardımcı olacak.

Asteroitler hakkında daha fazla bilgi edinmek ve süper ağır elementlerin potansiyel kaynaklarını keşfetmek, bilim adamlarının evreni oluşturan maddeyi karakterize etmek ve güneş sistemindeki nesnelerin nasıl oluştuğunu daha iyi anlamak için yüzyılı kapsayan arayışını sürdürmelerine yardımcı olacak.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.