♦ Os cientistas teorizam que os asteróides podem conter elementos superpesados, revolucionando potencialmente a nossa compreensão da estrutura atómica e do cosmos.
Durante séculos, a busca por novos elementos foi uma força motriz em muitas disciplinas científicas. A compreensão da estrutura de um átomo e o desenvolvimento da ciência nuclear permitiram aos cientistas atingir o antigo objetivo dos alquimistas – transformar um elemento em outro .
Nas últimas décadas, cientistas dos Estados Unidos , Alemanha e Rússia descobriram como usar ferramentas especiais para combinar dois núcleos atômicos e criar novos elementos superpesados
Esses elementos pesados geralmente não são estáveis. Elementos mais pesados possuem mais prótons , ou partículas carregadas positivamente no núcleo; alguns que os cientistas criaram têm até 118 . Com tantos prótons, as forças repulsivas eletromagnéticas entre os prótons nos núcleos atômicos superam a força nuclear atrativa que mantém o núcleo unido.
Os cientistas previram há muito tempo que elementos com cerca de 164 prótons poderiam ter uma meia-vida relativamente longa, ou mesmo ser estáveis. Eles chamam isto de “ ilha de estabilidade ” – aqui, a força nuclear atrativa é forte o suficiente para equilibrar qualquer repulsão eletromagnética.
Como os elementos pesados são difíceis de produzir em laboratório, físicos como eu têm procurado esses elementos em todos os lugares, até mesmo fora da Terra . Para restringir a pesquisa, precisamos saber que tipo de processos naturais poderiam produzir esses elementos. Também precisamos saber quais propriedades eles possuem, como suas densidades de massa.
🔹 CALCULANDO DENSIDADE
Desde o início, a minha equipa quis descobrir a densidade de massa destes elementos superpesados. Esta propriedade poderia nos dizer mais sobre como os núcleos atômicos desses elementos se comportam. E assim que tivéssemos uma ideia sobre a sua densidade, poderíamos ter uma noção melhor de onde estes elementos poderiam estar escondidos.
Para descobrir a densidade de massa e outras propriedades químicas destes elementos, a minha equipa de investigação utilizou um modelo que representa um átomo de cada um destes elementos pesados como uma nuvem única e carregada. Este modelo funciona bem para átomos grandes, particularmente metais dispostos em uma estrutura reticulada.
Primeiro aplicamos este modelo a átomos com densidades conhecidas e calculamos suas propriedades químicas. Assim que soubemos que funcionava, usamos o modelo para calcular a densidade de elementos com 164 prótons e outros elementos nesta ilha de estabilidade.
Com base em nossos cálculos, esperamos que metais estáveis com números atômicos em torno de 164 tenham densidades entre 36 e 68 g/cm 3 (21 a 39 onças/in 3 ). No entanto, nos nossos cálculos, utilizámos uma suposição conservadora sobre a massa dos núcleos atómicos. É possível que o alcance real seja até 40% maior.
🔹 ASTEROIDES E ELEMENTOS PESADOS
Muitos cientistas acreditam que ouro e outros metais pesados foram depositados na superfície da Terra depois que asteróides colidiram com o planeta .
A mesma coisa poderia ter acontecido com esses elementos superpesados, mas os elementos pesados supermassivos e densos afundam no solo e são eliminados perto da superfície da Terra pela subducção das placas tectônicas . No entanto, embora os investigadores possam não encontrar elementos superpesados na superfície da Terra, eles ainda podem estar em asteróides como aqueles que os trouxeram para este planeta.
Os cientistas estimaram que alguns asteróides têm densidades de massa superiores à do ósmio (22,59 g/cm 3 , 13,06 onças/in 3 ), o elemento mais denso encontrado na Terra.
O maior desses objetos é o asteróide 33, apelidado de Polyhymnia e tem uma densidade calculada de 75,3 g/cm 3 (43,5 onças/in 3 ). Mas esta densidade pode não estar correta, uma vez que é muito difícil medir a massa e o volume de asteróides distantes.
Polyhymnia não é o único asteroide denso que existe. Na verdade, existe toda uma classe de objetos superpesados, incluindo asteroides, que podem conter esses elementos superpesados. Há algum tempo, introduzi o nome Compact Ultradense Objects, ou CUDOs , para esta classe.
Num estudo publicado em outubro de 2023 no European Physical Journal Plus , a minha equipa sugeriu que alguns dos CUDOs que orbitam no sistema solar podem ainda conter alguns destes elementos densos e pesados nos seus núcleos. Suas superfícies teriam acumulado matéria normal ao longo do tempo e pareceriam normais para um observador distante.
Então, como são produzidos esses elementos pesados ? Alguns eventos astronômicos extremos, como fusões de estrelas duplas, podem ser quentes e densos o suficiente para produzir elementos superpesados estáveis.
Parte do material superpesado poderia então permanecer a bordo dos asteroides criados nesses eventos. Eles poderiam ficar amontoados nesses asteroides, que orbitam o sistema solar há bilhões de anos.
🔹 OLHANDO PARA O FUTURO
A missão Gaia da Agência Espacial Europeia visa criar o maior e mais preciso mapa tridimensional de tudo o que existe no céu. Os investigadores poderiam usar estes resultados extremamente precisos para estudar o movimento dos asteróides e descobrir quais deles podem ter uma densidade invulgarmente grande.
Missões espaciais estão sendo conduzidas para coletar material das superfícies de asteróides e analisá-los na Terra. Tanto a NASA quanto a agência espacial estatal japonesa JAXA têm como alvo asteróides de baixa densidade próximos à Terra com sucesso. Ainda este mês, a missão OSIRIS-REx da NASA trouxe uma amostra. Embora a análise da amostra esteja apenas começando, há uma chance muito pequena de que ela possa abrigar poeira contendo elementos superpesados acumulados ao longo de bilhões de anos.
Uma amostra densa de poeira e rocha trazida de volta à Terra seria suficiente. A missão Psyche da NASA , lançada em outubro de 2023, voará e coletará amostras de um asteróide rico em metais com maior chance de abrigar elementos superpesados. Mais missões de asteróides como esta ajudarão os cientistas a compreender melhor as propriedades dos asteróides que orbitam no sistema solar.
Aprender mais sobre asteróides e explorar fontes potenciais de elementos superpesados ajudará os cientistas a continuar a busca de um século para caracterizar a matéria que constitui o universo e compreender melhor como os objetos do sistema solar se formaram.
Fobte: Johann Rafelski, Professor de Física, Universidade do Arizona.
Evan LaForge, um estudante de graduação em física e matemática, é o principal autor desta pesquisa e ajudou na redação deste artigo, juntamente com Will Price, um estudante de pós-graduação em física.
Adaptado de um artigo publicado originalmente no The Conversation .A conversa
🔹 REFERÊNCIA: “Elementos superpesados e matéria ultradensa” por Evan LaForge, Will Price e Johann Rafelski, 15 de setembro de 2023, The European Physical Journal Plus
DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8
🌏 Créditos/fonte/Publicação: Por JOHANN RAFELSKI, UNIVERSIDADE DO ARIZONA 5 DE NOVEMBRO DE 2023 SciTechDaily
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