Астероиды – новая «золотая лихорадка»: в поисках ультратяжёлых элементов18.10.2023 09:46

Одной из причин, почему идея добычи на астероидах пользуется популярностью, является наличие на них большого количества тяжёлых элементов. В этом месяце космический аппарат Psyche NASA отправился к астероиду, содержащему редкоземельные элементы и другие тяжёлые металлы на сумму от десяти до тридцати квинтиллионов долларов. 

Во время формирования нашей планеты более тяжёлые из элементов опускались к ядру Земли, что делает их сложно обнаруживаемыми. Однако, даже на небольших астероидах эти тяжёлые элементы могут быть гораздо более распространены и доступны.

Но некоторые учёные считают, что астероиды могут хранить ещё более ценные ископаемые: ультратяжёлые элементы. Элементы, значительно превосходящие уран в периодической таблице. Если они существуют, то эти элементы имели бы такую высокую плотность, что быстро опустились бы в ядро Земли в её раннем возрасте, именно поэтому они не были обнаружены на Земле.

Идея об ультратяжёлых элементах происходит из теоретических моделей больших атомных ядер. Элементы, выше железа (атомный номер z=26), не образуются с помощью слияния в ядрах звёзд, а возникают в результате катаклизмических событий, таких как вспышки сверхновых и слияние нейтронных звёзд. К ним относятся такие элементы, как серебро, золото, олово и свинец. Все элементы до урана, с атомным номером 92. Элементы, превышающие уран, могут образовываться естественным образом, но их не обнаруживали в природе.

Частично причиной этого является то, что для элементов, превышающих свинец, только торий (z=90) имеет стабильный изотоп. У урана полупериод равен нескольким миллиардам лет, у плутония (z=94) около 80 миллионов лет, а у америция (z=95) всего 7 000 лет. После этого у элементов полупериод составляет несколько дней в лучшем случае, а часто всего несколько секунд или миллисекунд. Очень крупные ядра просто не являются радиоактивно-стабильными и не сохраняются на астероидах в течение нескольких миллиардов лет, даже если они возникли естественным образом.

Однако теоретические расчёты больших ядер позволяют предположить, что далеко за ураном, примерно при z=114, может существовать группа стабильных элементов. У них было бы «магическое число» протонов и нейтронов, чтобы заполнить ядерные оболочки, что делает их необычайно стабильными. Идея этого «острова стабильности» не спорная, но большинство ядерных химиков полагает, что такие элементы будут иметь полупериоды не более чем века. Хотя некоторые утверждают, что эти элементы могут иметь полупериоды, сравнимые с ураном — порядка миллиарда лет. Если это так, то такие элементы, как флеровий, действительно могут скрываться в астероидах. 

Есть некоторые доказательства существования сверхтяжёлых элементов во фрагментах метеоритов. Исследование 2019 года рассмотрело следы космических лучей во фрагментах метеоритного оливина и обнаружило доказательства трёх следов, указывающих на то, что они были образованы из сверхтяжёлых элементов с полупериодом несколько десятилетий. Другие исследования также предлагают доказательства, но не с полупериодами в миллиарды лет.

И это приводит к новому исследованию: авторы большую часть своей работы уделяют тому, как сверхтяжёлые и ультратяжёлые элементы на «острове стабильности» могут формироваться естественным образом без необходимости в качестве ингредиента тёмной материи. Авторы указывают на астероид, известный под названием 33 Полигимния, как вероятный источник таких элементов.

Полигимния была плохо изучена, но в статье 2012 года её масса была рассчитана как 6×1018 кг. Учитывая, что астероид имеет всего 50 километров в поперечнике, оценённая плотность составляет 75 г/см³, что настолько отличается от ожидаемого значения, что даже автор статьи считает, что это ненадёжная оценка. Результат не был подтверждён последующими наблюдениями, однако, в новом исследовании отмечается, что результат может быть правильным, если астероид содержит сверхтяжёлые элементы.

©  iXBT