Seit Jahrhunderten ist die Suche nach neuen Elementen war eine treibende Kraft in vielen wissenschaftlichen Disziplinen. Das Verständnis der Struktur eines Atoms und die Entwicklung der Nuklearwissenschaft ermöglichten es Wissenschaftlern, das alte Ziel zu erreichen Alchemisten—ein Element in ein anderes verwandeln.
In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler in der Vereinigte Staaten, Deutschland Und Russland habe herausgefunden, wie man Spezialwerkzeuge benutzt zwei Atomkerne zu verbinden und Neues schaffen, superschwere Elemente.
Diese schweren Elemente sind normalerweise nicht stabil. Schwerere Elemente mehr Protonen habenoder positiv geladene Teilchen im Kern; einige, die Wissenschaftler geschaffen haben habe bis zu 118. Bei so vielen Protonen überwiegen die elektromagnetischen Abstoßungskräfte zwischen den Protonen in den Atomkernen die anziehende Kernkraft, die den Kern zusammenhält.
Wissenschaftler haben schon lange vorhergesagt dass Elemente mit etwa 164 Protonen eine relativ lange Lebensdauer haben könnten Halbwertszeit, oder sogar stabil sein. Sie nennen dies „Insel der Stabilität„– hier ist die anziehende Kernkraft stark genug, um jegliche elektromagnetische Abstoßung auszugleichen.
Da schwere Elemente im Labor schwer herzustellen sind, Physiker wie ich Habe überall nach diesen Elementen gesucht, sogar jenseits der Erde. Um die Suche einzugrenzen, müssen wir wissen, durch welche natürlichen Prozesse diese Elemente entstehen könnten. Wir müssen auch wissen, welche Eigenschaften sie haben, beispielsweise ihre Massendichten.
Berechnung der Dichte
Mein Team wollte von Anfang an die Massendichte dieser superschweren Elemente herausfinden. Diese Eigenschaft könnte uns mehr darüber verraten, wie sich die Atomkerne dieser Elemente verhalten. Und sobald wir eine Vorstellung von ihrer Dichte hatten, konnten wir ein besseres Gefühl dafür bekommen, wo sich diese Elemente verstecken könnten.
Um die Massendichte und anderes herauszufinden chemische Eigenschaften Für die Darstellung dieser Elemente verwendete mein Forschungsteam ein Modell, das ein Atom jedes dieser schweren Elemente als einzelne, geladene Wolke darstellt. Dieses Modell eignet sich gut für große Atome, insbesondere für Metalle, die in einer Gitterstruktur angeordnet sind.
Wir haben dieses Modell zunächst auf Atome mit bekannter Dichte angewendet und ihre chemischen Eigenschaften berechnet. Nachdem wir wussten, dass es funktionierte, verwendeten wir das Modell, um die Dichte von Elementen mit 164 Protonen und anderen Elementen auf dieser Insel der Stabilität zu berechnen.
Basierend auf unseren Berechnungen erwarten wir, dass stabile Metalle mit Ordnungszahlen um 164 Dichten zwischen 36 und 68 g/cm3 (21 und 39 oz/in3) aufweisen. Allerdings haben wir in unseren Berechnungen eine konservative Annahme über die Masse der Atomkerne verwendet. Es ist möglich, dass die tatsächliche Reichweite bis zu 40 % höher liegt.
Asteroiden und schwere Elemente
Viele Wissenschaftler glaube, dass Gold und andere Schwermetalle wurden danach auf der Erdoberfläche abgelagert Asteroiden kollidierten mit dem Planeten.
Das Gleiche hätte auch mit diesen superschweren Elementen passieren können, aber supermassereiche, dichte schwere Elemente sinken in den Boden und werden von der Erdoberfläche entfernt Subduktion tektonischer Platten. Obwohl Forscher möglicherweise keine superschweren Elemente auf der Erdoberfläche finden, könnten sie sich dennoch in Asteroiden befinden, wie sie sie möglicherweise auf diesen Planeten gebracht haben.
Wissenschaftler haben geschätzt, dass die Massendichte einiger Asteroiden größer ist als die von Asteroiden Osmium (22,59 g/cm3, 13,06 oz/in3), das dichteste Element auf der Erde.
Das größte dieser Objekte ist der Asteroid 33 Spitzname: Polyhymnia und hat eine berechnete Dichte von 75,3 g/cm3 (43,5 oz/in3). Aber diese Dichte ist möglicherweise nicht ganz richtig, da es ziemlich schwierig ist, die Masse und das Volumen weit entfernter Asteroiden zu messen.
Polyhymnia ist nicht der einzige dichte Asteroid da draußen. Tatsächlich gibt es eine ganze Klasse superschwerer Objekte, einschließlich Asteroiden, die diese superschweren Elemente enthalten könnten. Vor einiger Zeit habe ich den Namen eingeführt Kompakte ultradichte Objekte oder CUDOsfür diese Klasse.
In einer im Oktober 2023 im European Physical Journal Plus veröffentlichten Studie schlug mein Team vor, dass einige der im Sonnensystem kreisenden CUDOs noch einige davon enthalten könnten dichte, schwere Elemente in ihren Kernen. Ihre Oberflächen hätten im Laufe der Zeit normale Materie angesammelt und würden für einen entfernten Beobachter normal erscheinen.
Wie sind diese also? schwere Elemente erzeugt? Einige extreme astronomische Ereignisse, wie z Doppelsternfusionen könnte heiß und dicht genug sein, um stabile superschwere Elemente zu erzeugen.
Ein Teil des superschweren Materials könnte dann an Bord der bei diesen Ereignissen entstandenen Asteroiden verbleiben. Sie könnten in diesen Asteroiden, die das Sonnensystem Milliarden von Jahren umkreisen, eingepackt bleiben.
In die Zukunft schauen
Der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation zielt darauf ab, die größte und präziseste dreidimensionale Karte von allem am Himmel zu erstellen. Forscher könnten diese äußerst präzisen Ergebnisse dazu nutzen Studieren Sie die Bewegung von Asteroiden und finden Sie heraus, welche eine ungewöhnlich große Dichte haben könnten.
Es werden Weltraummissionen durchgeführt, um Material von den Oberflächen von Asteroiden zu sammeln und es auf der Erde zu analysieren. Sowohl die NASA als auch die Japanische staatliche Raumfahrtagentur JAXA haben mit Erfolg erdnahe Asteroiden geringer Dichte ins Visier genommen. Erst diesen Monat, die NASA OSIRIS-REx Mission brachte eine Probe zurück. Obwohl die Probenanalyse gerade erst begonnen hat, besteht eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass darin Staub enthalten sein könnte, der superschwere Elemente enthält, die sich über Milliarden von Jahren angesammelt haben.
Eine massereiche Staub- und Gesteinsprobe, die zur Erde zurückgebracht wird, würde ausreichen. Die Psyche-Mission der NASAdas im Oktober 2023 startete, wird dorthin fliegen und Proben nehmen ein metallreicher Asteroid mit einer größeren Chance, superschwere Elemente zu beherbergen. Weitere Asteroidenmissionen wie diese werden Wissenschaftlern helfen, die Eigenschaften von Asteroiden, die das Sonnensystem umkreisen, besser zu verstehen.
Wenn Sie mehr über Asteroiden erfahren und potenzielle Quellen superschwerer Elemente erforschen, können Wissenschaftler ihre jahrhundertelange Suche nach der Charakterisierung der Materie, aus der das Universum besteht, fortsetzen und besser verstehen, wie Objekte im Sonnensystem entstanden sind.
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