На данный момент науке известно существование 118 химических элементов периодической системы элементов. При этом все известные элементы, имеющие Z>100, неустойчивы и были искусственно получены в результате ядерных реакций. Но в последнее время появился шанс того, что на астероидах с аномально высокой плотностью существуют более устойчивые химические элементы с порядковым номером около 164. На это указывает исследование физиков Аризонского университета.
Атомный номер химического элемента (порядковый номер химического элемента в периодической системе элементов таблицы Менделеева) — это число протонов в ядре атома данного химического элемента. При этом чем выше атомный номер элемента, тем он «тяжелее». Кроме того, для сверхтяжёлых химических элементов, в том числе с Z>100, обычно справедливо правило, что чем более высокий порядковый номер химического элемента, тем он менее устойчив. Например, наиболее стабильный изотоп резерфордия Rf(Z=104) ²⁶⁷Rf имеет период полураспада около 1,3 часа, а наиболее стабильный изотоп хассия Hs (Z=108) ²⁶⁹Hs имеет период полураспада, равный 9,7 секунды. Но во второй половине 20 века советский физик Г. Н. Флеров, используя модель оболочечного строения ядра, предсказал возможность существования стабильных химических элементов за пределами известной на тот момент периодической таблицы Менделеева.
Теория оболочечного строения ядра и "Остров стабильности" химический элементов
Теория оболочечного строения ядра объясняет структуру атомного ядра, аналогично теории оболочечного строения атома. Как известно, электроны в атоме находятся на определённых электронных оболочках. При этом электронные оболочки не могут вмещать более определённого максимального количества электронов. Электроны заполняют электронные оболочки определённым образом, в соответствии с правилами квантовой физики. В зависимости от заполнения внешней оболочки атома зависят химические свойства химических элементов. Например, у щелочноземельных элементов на внешней электронной оболочке находятся два электрона, и поэтому они являются металлами, а у инертных газов внешняя электронная оболочка заполнена, и поэтому они с трудом вступают в химические реакции.
Теория оболочечного строения ядра, схожим образом описывает структуру ядра атомов. Согласно ей внутри атомного ядра, нуклоны заполняют ядерные оболочки. При этом существуют отдельные оболочки для протонов, и отдельные оболочки для нейтронов. Как только оболочка в ядре становится заполненной полностью, значительно повышается стабильность ядра(поскольку, они имеют большую энергию отделения нуклона от ядра). Количество нуклонов в ядре атома при которых они являются наиболее устойчивыми называют "магическими" числами. Существуют отдельные "магические" числа протонов, которые равны 2, 8, 20, 50, 82, 114, 126, 164 и отдельные "магические" числа нейтронов, которые равны 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184, 196, 228, 272, 318. Числа, которые являются "магическими" как для протонов, так и для нейтронов, называются дважды "магическими". Также можно говорить о "магическом" ядре (в котором "магическим" является или число протонов, или число нейтронов), и о дважды "магическом" ядре (в котором магическим является и число протонов, и число нейтронов). При этом наиболее устойчивы дважды "магические" ядра.
Так вот, Г. Н. Флеров в соответствии с этой теорией предсказал существование сверхтяжелых элементов с "магическим" числом нуклонов(Z=114, Z=126, Z=164 и т.д) , которые должны быть более устойчивы по сравнению с другими сверхтяжелыми элементами. Область на карте изотопов с данные элементами получила название "Острова стабильности". Первый из них был впервые синтезирован в 2004 году коллаборацией учёных Дубна-Ливермор, и в 2012 году был назван флеровий Fl(Z=114). Данный химический элемент действительно имеет более длительный период полураспада. В то же время изотоп флеровия ²⁹⁸Fl с дважды "магическим" ядром, так и не удалось синтезировать. Также не удалось синтезировать и химические элементы тяжелее оганесона(Z=118). Но недавно появился шанс, что сверхтяжёлые элементы с "магическим" числом нуклонов существуют на астероидах.
Компактные сверхплотные объекты и астероид (33) Полигимния.
Астероид (33) Полигимния был открыт в 1854 году астрономом из Марсельской обсерватории Жаном Шакорнаком.
Он имеет довольно вытянутую орбиту с эксцентриситетом равным приблизительно 0,34. Его большая полуось равна 429 млн. км или около 2,86 а.е. Перигелий равен 284 млн. км или 1.9 а. е., а афелий равен 573 с половиной млн. км или 3,83 а. е. Максимальный видимый с Земли блеск (во время противостояний) равен около 10 видимых звёздных величин. Размер астероида равен около 54 км.
В 2012 году было проведено исследование, которое показало что его масса оказалась слишком большой для его размера, что говорит о слишкой высокой плотности ( около 75 г/см³). Для примера, литр вещества с подобной плотностью весил бы как человек. Данная плотность выше, чем у самого плотного из устойчивых элементов на Земле-Осмия(около 22,61 г/см³). Но часть научного сообщества, считает данное исследование ошибочным. Причина в том, что массу астероида оценивали с помощью учёта гравитационных влияний, оказываемых ею на другие небесные объекты, а это очень трудно сделать.
Также существуют ещё несколько астероидов с аномально высокой плотностью. Они вместе с (33) Полигимнией входят в состав группы компактных сверхплотных объектов (CUDO).
В 2023 году группа физиков из Аризонского университета (США) предположила, что в Полигимнии содержатся сверхтяжёлые элементы из "острова стабильности". Они провели расчёты свойств химических элементов с Z около 164 и получили, что они могут быть стабильными, а их плотность равна приблизительно от 36 до 68,4 г/см³. Что отчасти может объяснить аномально высокую плотность Полигимнии и других подобных тел.
В случае обнаружения химических элементов"острова стабильности" - это может иметь довольно большое значение. Во-первых, изучая эти элементы, учёные могут лучше изучить тайны атомного ядра. Но ещё это может иметь большую пользу и в практическом применении.
