Tiểu hành tinh siêu đặc này có thể chứa các nguyên tố chưa từng được phát hiện, thách thức hiểu biết của con người về bảng tuần hoàn nguyên tố

Theo một nghiên cứu mới về mật độ khối lượng, một số tiểu hành tinh có mật độ khối lượng vô cùng cao, đến mức chúng có thể chứa các nguyên tố nặng chưa từng được biết đến trong bảng tuần hoàn. Các nhà vật lý từ Đại học Arizona, người tiến hành nghiên cứu này, đã bị thu hút bởi khả năng tồn tại của các Đối tượng Siêu Dày Đặc (CUDOs).

Theo đó, các Đối tượng Siêu Dày Đặc (CUDOs) là một khái niệm được giới thiên văn và vật lý học quan tâm, đặc biệt liên quan đến nghiên cứu về mật độ khối lượng của các thiên thể. CUDOs được mô tả là các thể có mật độ khối lượng lớn hơn osmium, nguyên tố tự nhiên có mật độ cao nhất được biết đến trên Trái Đất. 

Điểm đáng chú ý nhất trong nghiên cứu là tiểu hành tinh 33 Polyhymnia, vốn được cho là có mật độ khối lượng vượt xa giới hạn mật độ của vật chất nguyên tử quen thuộc, khiến nó được xếp vào loại CUDO có thành phần không xác định. Điều này thách thức hiểu biết hiện tại về vật chất và bảng tuần hoàn nguyên tố.

Nhóm nghiên cứu đã khám phá tính chất của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử (Z) cao hơn những gì hiện có trong bảng tuần hoàn. Dù Osmium hiện là nguyên tố ổn định dày đặc nhất, các nguyên tố với số hiệu nguyên tử lớn hơn đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Đơn cử có thể kể đến Oganesson - nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 118, được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 2002 và là nguyên tố dày đặc nhất trong bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, các nguyên tố ở cuối bảng tuần hoàn thường không ổn định và có chu kỳ bán rã ngắn.

Nhóm đã mô hình hóa các nguyên tố nằm ngoài bảng tuần hoàn và dự đoán tính chất của chúng, sử dụng mô hình Thomas-Fermi tương đối của nguyên tử. Dù không tìm thấy nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn có mật độ khối lượng cao đủ để giải thích mật độ của tiểu hành tinh 33 Polyhymnia, họ chỉ ra rằng các nguyên tố ở "đảo ổn định lý thuyết" gần Z = 164 có thể là ứng cử viên, với mật độ khối lượng dự đoán từ 36.0 đến 68.4 g/cm^3.

Kết quả này mở ra khả năng, nếu các nguyên tố siêu nặng này đủ ổn định, chúng có thể tồn tại trong lõi của các tiểu hành tinh đậm đặc như 33 Polyhymnia. Ý tưởng về việc có thể khai thác các nguyên tố siêu nặng này từ hệ Mặt Trời của chúng ta, dù mới chỉ là một giả thuyết, đã làm dấy lên sự hứng thú từ cộng đồng khoa học đến những người đam mê công nghệ với dự định về việc khai thác không gian. Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Vật lý Châu Âu Plus, mở ra một chân trời mới trong việc tìm kiếm và khám phá vật chất trong vũ trụ.

Tiểu hành tinh kì lạ bậc nhất trong Hệ mặt trời.

33 Polyhymnia, một tiểu hành tinh thuộc vành đai chính, được khám phá bởi nhà thiên văn học người Pháp Jean Chacornac vào ngày 28 tháng 10 năm 1854. Nó có đường kính khoảng 52,93 km, tương đương với kích thước của bang Rhode Island của Mỹ, và không được xếp vào danh sách các đối tượng gần Trái Đất hay đối tượng có khả năng gây nguy hiểm.

Tiểu hành tinh này có một quỹ đạo đặc biệt với độ lệch tâm cao (0.338), cho phép nó tiếp cận gần Trái Đất với khoảng cách cắt ngang quỹ đạo tối thiểu là 0.91 AU và có thể đạt đến cấp sao biểu kiến lên đến 10. Quỹ đạo của Polyhymnia tạo thành một cộng hưởng chuyển động trung bình 22:9 với hành tinh Sao Mộc. Thời gian Lyapunov được tính toán cho tiểu hành tinh này là 10,000 năm, cho thấy nó chiếm một quỹ đạo hỗn loạn sẽ thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian do ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ các hành tinh.

Về khối lượng và mật độ, một nghiên cứu vào năm 2012 ước lượng khối lượng của Polyhymnia là (6.20±0.74)×10^18 kg dựa trên ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với các thể trong Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, với đường kính 54 km, ước lượng này ngụ ý một mật độ cực kỳ cao là 75.28±9.71 g/cm^3, một giá trị được coi là không thực tế. Do kích thước nhỏ, ảnh hưởng hấp dẫn của Polyhymnia đối với các thể khác rất khó phát hiện và có thể dẫn đến ước lượng khối lượng và mật độ không chính xác.

Polyhymnia được phân loại là một tiểu hành tinh loại S/Sq, có nghĩa là nó chủ yếu được cấu tạo từ các silicat đá. Mặc dù có suy đoán về khả năng Polyhymnia chứa các nguyên tố siêu nặng gần số nguyên tử 164 dựa trên mật độ cực kỳ cao được cho là có, nhưng như đã nêu, Polyhymnia có khả năng không có mật độ cao như vậy.

Thông tin này cho thấy sự phức tạp và bí ẩn của Polyhymnia trong việc nghiên cứu và hiểu biết về các tiểu hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta.

Tham khảo Science Alert/IFL Science

Tổng hợp