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美國亞利桑那大學研究聲稱發現司瑟星異常密度,比黃金重4倍!

2024-08-18科學

這是一個令人震驚的新發現,還是純屬無稽之談的研究?來自美國亞利桑那大學的科研團隊聲稱,他們對一顆謎一般的小行星司瑟星進行了研究,提出如果這顆小行星由一種未知的164號元素構成,其異常高的密度便能得到合理解釋。

小行星司瑟星(33 Polyhymnia)是1854年10月28日由法國天文學家讓·沙科納克發現的,是第33顆被發現的小行星。它位於火星與木星之間的小行星帶,並且最近距離地球時,距離約為0.9個天文單位。

司瑟星最引人註目的特點是其密度異常高,具體有多高呢?地球上密度最高的金屬之一是黃金,其密度為19.32克/立方厘米,而司瑟星的密度居然高達75.28克/立方厘米,幾乎是黃金的四倍。相較之下,地球上密度最大的自然元素鋨(76號元素)的密度為22.59克/立方厘米,與司瑟星的密度相比差距甚遠。

科學家們對此表示難以置信,因為即便是地球的核心由鐵構成,並在巨大的重力作用下被高度壓縮,其密度也只有10.7克/立方厘米;而質素更大的木星的核心密度預計也僅為25克/立方厘米。

司瑟星的平均直徑僅約50公裏,它不可能有足夠的重力來實作這樣的高密度。考慮到目前已知的最重元素密度僅為22.59克/立方厘米,這 顆小 行星究竟是由什麽物質組成的呢?

亞利桑那大學的物理學家伊雲·拉福吉(Evan LaForge)帶領的團隊針對這一疑問進行了研究。他們使用了杜文-費米模型對超重元素的原子結構進行了模擬,研究結果顯示,如果存在的話,164號元素的質素可能介於36到68.4克/立方厘米之間,其上限已經接近了司瑟星的密度。

所謂的「穩定島」是核物理學中一個理論假設,指的是某些具有幻數的質子數和中子數的超重元素,這些元素相比其他同位素可能更加穩定。已知的幻數包括2、8、20、28、50、82、126,例如具有雙幻數的鉛(82質子數、126中子數)就顯示出了特別的穩定性。

目前元素周期表上最重的元素是人工合成的118號元素鿫(Og),其最長壽命的同位素的壽命僅為0.7毫秒。這表明,隨著序號的增加,元素的穩定性可能急劇下降。

接下來的幻數是多少,這些元素是否能穩定存在呢?一些研究顯示,可能的下一個幻數是164。基於這一理論,拉福吉及其團隊對164號元素進行了研究,認為司瑟星可能由此種元素構成。

盡管科研人員認為一些超重元素可能足夠穩定,並有可能在太陽系中被發現,這一設想確實令人振奮。

然而,這種興奮或許有些過頭。我仔細搜尋了相關資料,為什麽一顆小行星會具有如此高的密度?結果發現,所有的資訊都來源於一項早期的研究,該研究發表於2012年3月20日的arXiv預印伺服器,後來被【行星與空間科學】雜誌采納。

一位法國行星科學家伯努瓦·凱利在這篇專門研究小行星密度的論文中,根據文獻資料計算了287個小行星的密度,發現司瑟星的密度並非最高,有的小行星如1686 De Sitter的密度甚至高達450.51克/立方厘米,這一數值放在元素周期表中幾乎無法找到對應的元素。

最終為什麽會得出這些難以置信的高密度數據?這主要是因為透過遠距離天體間的重力互動來測量其質素極其困難。科學家們最初估計司瑟星的質素達到6.2×10^18公斤,然後再結合其數十公裏的平均直徑進行計算,便得出了75.28克/立方厘米的密度。

此後,並未有其他研究進行驗證或修正,因此錯誤資訊便以訛傳訛的形式流傳開來,誕生了更多的奇思妙想,例如科學家們提出的在太陽系中可能找到穩定的超重元素的設想。實際上,找到比118號元素更高序號的元素已極其困難,164號元素可能只存在於理論之中。