Αυτό υποδηλώνει ότι αποτελούνται τουλάχιστον εν μέρει από άγνωστους τύπους «υπερπυκνής» ύλης που δεν μπορούν να μελετηθούν από τη συμβατική φυσική.
Ο Jan Rafelski και η ομάδα του στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, Tucson, ΗΠΑ, μιλούν για υπερβαριά στοιχεία με ατομικό αριθμό (Z) μεγαλύτερο από το όριο του τρέχοντος περιοδικού πίνακα.
Μοντελοποίησαν τις ιδιότητες τέτοιων στοιχείων χρησιμοποιώντας το μοντέλο της ατομικής δομής Thomas-Fermi, επικεντρώνοντας ιδιαίτερα σε ένα προτεινόμενο «νησί πυρηνικής σταθερότητας» με ατομικό αριθμό 164 και γύρω από αυτό και επεκτείνοντας τη μέθοδό τους περαιτέρω για να συμπεριλάβει περισσότερους εξωτικούς τύπους εξαιρετικά πυκνού υλικού. Αυτή η εργασία έχει δημοσιευθεί τώρα στο The European Physical Journal Plus .
Ως υπερβαριά στοιχεία ορίζονται εκείνα με πολύ υψηλό αριθμό πρωτονίων (υψηλό ατομικό αριθμό), που γενικά θεωρούνται αυτά με Z>104. Μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες. Αυτά με ατομικούς αριθμούς μεταξύ 105 και 118 έχουν κατασκευαστεί πειραματικά αλλά είναι ραδιενεργά και ασταθή με πολύ σύντομο χρόνο ημιζωής και, ως εκ τούτου, παρουσιάζουν μόνο ακαδημαϊκό και ερευνητικό ενδιαφέρον.
Στοιχεία με Z>118 δεν έχουν ακόμη παρατηρηθεί, αλλά έχουν προβλεφθεί ιδιότητες για μερικά από αυτά. Ειδικότερα, «νησί πυρηνικής σταθερότητας» προβλέπεται περίπου στο Z=164. Και καθώς, γενικά, η πυκνότητα των στοιχείων τείνει να αυξάνεται με την ατομική τους μάζα , αυτά τα υπερβαριά στοιχεία μπορεί να αναμένεται να είναι εξαιρετικά πυκνά.
Το πιο πυκνό σταθερό στοιχείο είναι το σπάνιο πλατινοειδές μέταλλο όσμιο (Z=76). Η πυκνότητά του 22,59 g/cm 3 είναι περίπου διπλάσια από αυτή του μολύβδου. Αντικείμενα—συνήθως αστρονομικά σώματα—με πυκνότητες μεγαλύτερη από αυτήν θεωρούνται «συμπαγή υπερπυκνά αντικείμενα» ή CUDO.
Το πιο ακραίο γνωστό παράδειγμα είναι ο αστεροειδής με το όνομα 33 Polyhymnia, ο οποίος βρίσκεται στην κύρια ζώνη μεταξύ του Άρη και του Δία. Η πυκνότητά του έχει υπολογιστεί ως περίπου 75 g/cm 3 . Ο Rafelski προτείνει ότι η Πολυύμνια και παρόμοια αντικείμενα μπορεί να αποτελούνται από στοιχεία πάνω από το Z=118, πιθανώς με άλλους τύπους υπερπυκνής ύλης.
Ο Rafelski και οι δύο συνάδελφοί του φοιτητές, Evan LaForge και Will Price ξεκίνησαν να υπολογίσουν τη μικροσκοπική ατομική δομή και τις ιδιότητες των υπερβαρέων στοιχείων χρησιμοποιώντας το σχετικιστικό μοντέλο Thomas-Fermi του ατόμου.
«Επιλέξαμε αυτό το μοντέλο, παρά τη σχετική ανακρίβειά του, επειδή επιτρέπει τη συστηματική εξερεύνηση της ατομικής συμπεριφοράς ως συνάρτηση του ατομικού αριθμού πέρα από τον γνωστό περιοδικό πίνακα», εξηγεί ο Rafelski. «Μια περαιτέρω σκέψη είναι ότι μας έδωσε επίσης τη δυνατότητα να εξερευνήσουμε πολλά άτομα στο σύντομο χρονικό διάστημα που είχε στη διάθεσή του ο Evan [LaForge], ο λαμπρός προπτυχιακός φοιτητής μας».
Οι υπολογισμοί των ερευνητών επιβεβαίωσαν την πρόβλεψη ότι άτομα με περίπου 164 πρωτόνια στους πυρήνες τους ήταν πιθανό να είναι σταθερά και, επιπλέον, πρότειναν ότι ένα σταθερό στοιχείο με Z=164 θα είχε πυκνότητα μεταξύ 36,0 και 68,4 g/cm 3 : μια περιοχή που προσεγγίζει την αναμενόμενη τιμή για τον αστεροειδή Πολυύμνια.
Καθώς το μοντέλο τους χρησιμοποιούσε την κατανομή φορτίου στον ατομικό πυρήνα ως μία από τις εισόδους του, θα μπορούσε να επεκταθεί για να προσομοιώσει ακόμη πιο εξωτικές ουσίες συμπεριλαμβανομένης της ύλης άλφα: ένα συμπύκνωμα που αποτελείται εξ ολοκλήρου από απομονωμένους πυρήνες ηλίου (σωματίδια άλφα).
Η ιδέα ότι ορισμένοι αστεροειδείς μπορεί να αποτελούνται από υλικά άγνωστα στη Γη παρακινεί περαιτέρω πιθανούς «διαστημικούς ανθρακωρύχους» που σχεδιάζουν να εκμεταλλευτούν τα πολύτιμα μέταλλα , συμπεριλαμβανομένου του χρυσού, που αναμένεται να βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια άλλων.
“Όλα τα εξαιρετικά βαριά στοιχεία – αυτά που είναι εξαιρετικά ασταθή καθώς και αυτά που απλά δεν παρατηρούνται – έχουν συγκεντρωθεί ως “unobtainium””, καταλήγει ο Rafelski. «Η ιδέα ότι μερικά από αυτά μπορεί να είναι αρκετά σταθερά ώστε να ληφθούν μέσα από το ηλιακό μας σύστημα είναι συναρπαστική».
(photo: pixabay)
