Planetoida 33 Polyhymnia może zawierać superciężkie pierwiastki nieznane na Ziemi

W przypadku niektórych planetoid (asteroid), ich zmierzone gęstości są większe, niż mogłyby być dla najcięższych pierwiastków znanych na Ziemi. To może sugerować, że przynajmniej częściowo są zbudowane z nieznanego typu ultragęstej materii.

Jan Rafelski z University of Arizona w Tucson (USA) wraz z zespołem współpracowników sugeruje, że taka materia może zawierać superciężkie pierwiastki o liczbie atomowej wyższej niż obecnie znany limit w układzie okresowym pierwiastków. Naukowcy opracowali modele pokazujące własności takich potencjalnych pierwiastków, w oparciu o model struktury atomu Thomasa-Fermiego. Skupili się przy tym szczególnie na tzw. wyspie stabilności przewidywanej dla Z = 164.

Jako superciężkie pierwiastki rozumie się te, które mają bardzo dużą liczbę protonów w jądrze (liczbę te wskazuje "liczba atomowa" oznaczana literą Z). Zwykle za superciężkie pierwiastki przyjmuje się te o liczbie atomowej większej niż 104. Pierwiastki od Z równego 105 - do Z wynoszącego 118 zostały wytworzone w laboratoriach, ale są niestabilne i mają bardzo krótkie czasy rozpadu. Z kolei pierwiastków powyżej Z równego 118 do tej pory nie zaobserwowano, aczkolwiek dla niektórych z nich przewidywane są teoretycznie ich właściwości. W szczególności dla Z równego 164 powinna wystąpić wyspa stabilności, czyli takie jądra atomowe powinny przeżywać zdecydowanie dłużej niż te niestabilne.

Ogólnie gęstość pierwiastków rośnie wraz z ich masą atomową, więc superciężkie pierwiastki powinny być też niezwykle gęste. Najgęstszy stabilny pierwiastek to osmium (Z = 76) o gęstości 22.59 g/cm3, czyli mniej więcej dwukrotnie większej niż ołów. Obiekty astronomiczne, które przekraczają tą gęstość uznawane są za ultragęste zwarte obiekty (ang. compact ultradense objects, w skrócie CUDOs).

Najbardziej skrajnym przypadkiem ciał należących do tej grupy jest planetoida 33 Polyhymnia, krążąca w głównym pasie planetoid pomiędzy Marsem, a Jowiszem. Obliczenia wskazują, że jej gęstość to 75 g/cm3. Rafelski proponuje hipotezę, że Polyhymnia jest zbudowana z pierwiastków o liczbie atomowej większej niż Z równe 118.

Obliczenia wykonane przez zespół Rafelskiego potwierdzają, że pierwiastki z około 164 protonami w jądrze (czyli w pobliżu Z = 164) będą prawdopodobnie stabilne. Co więcej, sugerują, że pierwiastek, w którym Z równe jest 164, powinien mieć gęstość pomiędzy 36,0 a 68,4 g/cm3. To zakres zbliżający się do wartości spodziewanej dla planetoidy Polyhymnia.

Jeśli hipoteza okaże się słuszna, może to być kolejny impuls do rozwoju górnictwa kosmicznego. Takie potencjalne superciężkie pierwiastki nieznane na Ziemi mogą okazać się bardzo cenne. (PAP)

cza/ zan/