太阳系中的小行星可能含有未被发现的超重元素

元素周期表中最重的元素有 118 个质子。**licks-rocks/wikimedia commons， cc by-sa

几个世纪以来，对新元素的追求是许多科学学科的驱动力。了解原子的结构和核科学的发展使科学家能够实现炼金术士的旧目标——将一种元素转化为另一种元素。

在过去的几十年里，美国、德国和俄罗斯的科学家已经找到了如何使用特殊工具将两个原子核结合在一起并创造新的超重元素的方法。

这些重元素通常不稳定。较重的元素在原子核中有更多的质子或带正电的粒子；科学家创造的一些有多达 118 个。有了这么多质子，原子核中质子之间的电磁排斥力压倒了使原子核保持在一起的有吸引力的核力。

长期以来，科学家们一直**，具有大约164个质子的元素可能具有相对较长的半衰期，甚至是稳定的。他们称之为“稳定之岛”——在这里，有吸引力的核力足以平衡任何电磁排斥力。

由于重元素很难在实验室中制造，像我这样的物理学家一直在到处寻找重元素，甚至在地球之外。为了缩小搜索范围，我们需要知道什么样的自然过程可以产生这些元素。我们还需要知道它们具有哪些特性，例如它们的质量密度。

从一开始，我的团队就想弄清楚这些超重元素的质量密度。这个特性可以告诉我们更多关于这些元素的原子核如何表现的信息。一旦我们对它们的密度有了了解，我们就可以更好地了解这些元素可能隐藏在**。

为了弄清楚这些元素的质量密度和其他化学性质，我的研究小组使用了一个模型，将这些重元素中的每个原子表示为一个单一的带电云。该模型适用于大原子，尤其是以晶格结构布局的金属。

我们首先将这个模型应用于已知密度的原子，并计算了它们的化学性质。一旦我们知道它起作用，我们就使用该模型来计算具有 164 个质子的元素的密度，以及这个稳定岛中的其他元素。

根据我们的计算，我们预计原子序数在 164 左右的稳定金属的密度在 36 到 68 g/cm 之间3（21 至 39 盎司/英寸3).然而，在我们的计算中，我们使用了关于原子核质量的保守假设。实际范围可能高出 40%。

许多科学家认为，金和其他重金属是在小行星与地球相撞后沉积在地球表面的。

psyche宇宙飞船已经离开了地球。它将利用火星的引力场将其带到更靠近小行星的地方。然后它将绕小行星运行并收集数据。**nasa/jpl-caltech

同样的事情也可能发生在这些超重元素身上，但超质量密度的重元素沉入地下，并通过构造板块的俯冲从地球表面附近消失。然而，虽然研究人员可能不会在地球表面发现超重元素，但它们仍然可能存在于小行星中，就像可能将它们带到这个星球的小行星一样。

科学家估计，一些小行星的质量密度大于锇（22.59 g/cm3， 13.06 盎司/英寸3），地球上发现的最密集的元素。

这些天体中最大的是小行星33，它被昵称为polyhymnia，计算密度为75.3 g / cm3（43.5 盎司/英寸）3).但这个密度可能不太正确，因为很难测量遥远小行星的质量和体积。

polyhymnia并不是唯一一颗致密的小行星。事实上，有一整类超重物体，包括小行星，可能含有这些超重元素。前段时间，我为这个类引入了 compact ultradense objects （cudo）这个名称。

在 2023 年 10 月发表在《欧洲物理杂志 plus》上的一项研究中，我的团队认为，一些在太阳系中轨道运行的 cudo 的核心可能仍然包含一些这些致密的重元素。随着时间的流逝，它们的表面会积累正常物质，并且对于远处的观察者来说似乎是正常的。

那么这些重元素是如何产生的呢？一些极端的天文事件，如双星合并，可能足够热和密集，以产生稳定的超重元素。

然后，一些超重物质可能会留在这些事件中产生的小行星上。它们可以留在这些小行星中，这些小行星围绕太阳系运行数十亿年。

欧洲航天局的盖亚任务旨在为天空中的一切创建最大、最精确的三维地图。研究人员可以利用这些极其精确的结果来研究小行星的运动，并找出哪些小行星的密度可能异常大。

正在执行太空任务，从小行星表面收集材料，并在地球上对其进行分析。美国宇航局和日本国家航天局jaxa都成功地瞄准了低密度的近地小行星。就在本月，美国宇航局的osiris-rex任务带回了一个样本。虽然样品分析才刚刚开始，但它可能含有数十亿年积累的超重元素的尘埃的可能性很小。

带回地球的一个质量密度高的尘埃和岩石样本就足够了。美国宇航局的 psyche 任务于 2023 年 10 月发射，将飞往一颗富含金属的小行星并对其进行采样，该小行星更有可能携带超重元素。更多这样的小行星任务将帮助科学家更好地了解在太阳系中轨道运行的小行星的特性。

更多地了解小行星并探索超重元素的潜在**将有助于科学家继续跨越一个世纪的探索，以表征构成宇宙的物质，并更好地了解太阳系中的物体是如何形成的。