Một số tiểu hành tinh trong hệ Mặt trời có mật độ cao đến mức không một nguyên tố nào trên Trái đất có thể giúp giải thích được tính chất đó của chúng. Chúng có thể được tạo thành từ các "nguyên tố siêu nặng" nằm ngoài 118 nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, theo nghiên cứu mới.
Đồng tác giả nghiên cứu Johann Rafelski, giáo sư vật lý tại Đại học Arizona, nói với Live Science: “Nếu những tiểu hành tinh thực sự chứa các nguyên tố siêu nặng, thì điều này sẽ đặt ra nhiều câu hỏi xung quanh việc các nguyên tố này được hình thành như thế nào và tại sao chúng ta chưa phát hiện ra chúng ngoài các tiểu hành tinh”.
Những tảng đá không gian cực kỳ nặng, được gọi là các vật thể rắn siêu đậm đặc (CUDO), thường có mật độ hơn osmium, nguyên tố tự nhiên nặng nhất trên Trái đất. Và một trong những tảng đá như vậy là 33 Polyhymnia, nằm trong vành đai tiểu hành tinh giữa sao Hỏa và sao Mộc. Các nhà khoa học từ lâu đã bối rối về mật độ của 33 Polyhymnia, vì vật thể chỉ rộng 55 km này không đủ khối lượng để nén các khoáng chất của nó thành dạng siêu đậm đặc. Tuy nhiên, thành phần của nó rất khó xác định do kích thước nhỏ và khoảng cách rất xa so với Trái đất.
Nghiên cứu trước đây cho rằng mật độ của các CUDO như 33 Polyhymnia có thể được giải thích nếu các hạt vật chất tối bí ẩn không tồn tại dưới dạng các hạt phân bố tự do mà ở dạng kết tụ bên trong chúng.
Giờ đây, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí The European Physical Journal Plus, Rafelski và hai đồng nghiệp đã chứng minh bằng toán học rằng sự tồn tại của CUDO có thể không nhất thiết phải giải thích bằng vật chất tối, mà có thể bằng các loại nguyên tố hóa học chưa biết nằm ngoài bảng tuần hoàn mà có mật độ cao hơn nhiều so với osmium.
Từ lâu, các nhà khoa học đã tranh cãi về việc liệu các nguyên tố nặng hơn oganesson, nguyên tố cuối cùng trong bảng tuần hoàn, có thể xuất hiện một cách tự nhiên và ổn định hay không, bởi vì các nguyên tố siêu nặng như vậy thường có tính phóng xạ cao và phân rã trong vòng một phần nghìn giây.
Một công trình trước đây đề xuất rằng trong bảng tuần hoàn có một vùng lý thuyết gọi là "ốc đảo ổn định" gồm các nguyên tố siêu nặng có số nguyên tử trên dưới 164. Tại vùng này, các nguyên tố có thể không trải qua quá trình phân rã phóng xạ nhanh chóng mà sẽ tồn tại trong những khoảng thời gian ngắn. Những tính toán mới của Rafelski và nhóm của ông đồng tình với dự đoán này.
Rafelski cho biết trong một tuyên bố: “Tất cả các nguyên tố siêu nặng – những nguyên tố rất không ổn định cũng như những nguyên tố đơn giản là không thể quan sát được – đã được gom lại với nhau thành nhóm ‘unobtainium’. Ý tưởng rằng một số trong số này đủ ổn định để có thể tìm thấy từ bên trong hệ Mặt trời là một ý tưởng thú vị”.
Để đi đến kết luận, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về cấu trúc nguyên tử của các nguyên tố siêu nặng giả định bằng cách sử dụng mô hình nguyên tử gồm các ước lượng thô được gọi là mô hình Thomas-Fermi. Họ phát hiện ra rằng các nguyên tố có số nguyên tử gần 164 sẽ có mật độ trong khoảng từ 36 đến 68,4 gam trên centimét khối.
Phạm vi nói trên gần với mật độ tính toán là 75,28 g trên cm khối của 33 Polyhymnia. Kết quả này gợi ý rằng các nguyên tố siêu nặng, nếu chúng thực sự tồn tại, có thể giải thích được mật độ cao của đá vũ trụ và những hòn đá tương tự khác, mặc dù không thể loại trừ hoàn toàn khả năng vật chất tối tồn tại bên trong các tiểu hành tinh siêu đậm đặc này.
Rafelski nói với Live Science: “Điều đặc biệt thú vị về công trình này là chúng tôi không biết chính xác nó sẽ dẫn đến đâu”.
Theo Livescience
