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美国亚利桑那大学研究声称发现司瑟星异常密度,比黄金重4倍!

2024-08-18科学

这是一个令人震惊的新发现,还是纯属无稽之谈的研究?来自美国亚利桑那大学的科研团队声称,他们对一颗谜一般的小行星司瑟星进行了研究,提出如果这颗小行星由一种未知的164号元素构成,其异常高的密度便能得到合理解释。

小行星司瑟星(33 Polyhymnia)是1854年10月28日由法国天文学家让·沙科纳克发现的,是第33颗被发现的小行星。它位于火星与木星之间的小行星带,并且最近距离地球时,距离约为0.9个天文单位。

司瑟星最引人注目的特点是其密度异常高,具体有多高呢?地球上密度最高的金属之一是黄金,其密度为19.32克/立方厘米,而司瑟星的密度居然高达75.28克/立方厘米,几乎是黄金的四倍。相较之下,地球上密度最大的自然元素锇(76号元素)的密度为22.59克/立方厘米,与司瑟星的密度相比差距甚远。

科学家们对此表示难以置信,因为即便是地球的核心由铁构成,并在巨大的引力作用下被高度压缩,其密度也只有10.7克/立方厘米;而质量更大的木星的核心密度预计也仅为25克/立方厘米。

司瑟星的平均直径仅约50公里,它不可能有足够的引力来实现这样的高密度。考虑到目前已知的最重元素密度仅为22.59克/立方厘米,这 颗小 行星究竟是由什么物质组成的呢?

亚利桑那大学的物理学家埃文·拉福吉(Evan LaForge)带领的团队针对这一疑问进行了研究。他们使用了托马斯-费米模型对超重元素的原子结构进行了模拟,研究结果显示,如果存在的话,164号元素的质量可能介于36到68.4克/立方厘米之间,其上限已经接近了司瑟星的密度。

所谓的「稳定岛」是核物理学中一个理论假设,指的是某些具有幻数的质子数和中子数的超重元素,这些元素相比其他同位素可能更加稳定。已知的幻数包括2、8、20、28、50、82、126,例如具有双幻数的铅(82质子数、126中子数)就显示出了特别的稳定性。

目前元素周期表上最重的元素是人工合成的118号元素鿫(Og),其最长寿命的同位素的寿命仅为0.7毫秒。这表明,随着序号的增加,元素的稳定性可能急剧下降。

接下来的幻数是多少,这些元素是否能稳定存在呢?一些研究显示,可能的下一个幻数是164。基于这一理论,拉福吉及其团队对164号元素进行了研究,认为司瑟星可能由此种元素构成。

尽管科研人员认为一些超重元素可能足够稳定,并有可能在太阳系中被发现,这一设想确实令人振奋。

然而,这种兴奋或许有些过头。我仔细搜索了相关资料,为什么一颗小行星会具有如此高的密度?结果发现,所有的信息都来源于一项早期的研究,该研究发表于2012年3月20日的arXiv预印服务器,后来被【行星与空间科学】杂志采纳。

一位法国行星科学家伯努瓦·凯利在这篇专门研究小行星密度的论文中,根据文献资料计算了287个小行星的密度,发现司瑟星的密度并非最高,有的小行星如1686 De Sitter的密度甚至高达450.51克/立方厘米,这一数值放在元素周期表中几乎无法找到对应的元素。

最终为什么会得出这些难以置信的高密度数据?这主要是因为通过远距离天体间的引力互动来测量其质量极其困难。科学家们最初估计司瑟星的质量达到6.2×10^18公斤,然后再结合其数十公里的平均直径进行计算,便得出了75.28克/立方厘米的密度。

此后,并未有其他研究进行验证或修正,因此错误信息便以讹传讹的形式流传开来,诞生了更多的奇思妙想,例如科学家们提出的在太阳系中可能找到稳定的超重元素的设想。实际上,找到比118号元素更高序号的元素已极其困难,164号元素可能只存在于理论之中。