Учёные обнаружили косвенные намёки на существование экстремально тяжёлых элементы далеко за пределами традиционной периодической системы химических элементов. В частности, исследователи предполагают, что древние звёзды могли производить элементы-тяжеловесы, которые остаются неизвестными науке.
Своей жизнью и многообразием химических элементов в природе и современной Вселенной мы обязаны звёздам. Эти космические «заводы» захватывают элементы из окружающего пространства, объединяют их, создавая новые, более тяжёлые элементы, которые высвобождаются в космос после смерти звезды. Затем новые звёзды продолжают их дело, синтезируя всё новые элементы со всё большей атомной массой. На протяжении многих десятилетий учёные задавались вопросом о том, какие пределы существуют у данного процесса. Насколько тяжёлым может быть химический элемент? Поиск ответа на этот вопрос стал фокусом нового исследования команды физиков из Университета штата Северная Каролина.
«Тяжесть» элементов определяется их атомной массой. Данный термин описывает количество протонов и нейтронов в ядре одного атома элемента. Самым тяжёлым из относительно обильно распространённых в природе элементов является уран, атомная масса которого составляет 238 атомных единиц массы. Однако учёные, основываясь на исследовании звёзд, предполагают, что эти гиганты способны производить элементы с атомной массой более 260 а. е. м. Естественное образование более тяжёлых ядер из более лёгких называется r-процессом или быстрым процессом захвата нейтронов, происходящим исключительно в нейтронных звёздах, внутренности которых представляют собой чрезвычайно экстремальную среду. Он протекает очень быстро, требуя невероятных объёмов энергии и количества нейтронов: ядро атома буквально утопает в нейтронах на долю секунды и принимает их, прежде чем они преобразуются в протоны. Все эти условия наблюдаются при рождении, столкновении или гибели нейтронных звёзд.
Исследователи проанализировали состав 42-х очень хорошо изученных звёзд в пределах Млечного Пути, содержащих тяжёлые элементы, которые были синтезированы их предшественниками. Физики попытались отследить различные паттерны в распределении и концентрации элементов и обнаружили закономерности, на которые ранее никто не обращал внимание. Так, учёные отметили, что некоторые элементы, включая рутений, родий, палладий и серебро, были представлены в этих звёздах в огромных количествах, однако их «соседей» по периодической системе было заметно меньше. По мнению экспертов, подобная закономерность свидетельствует о том, что эти благородные металлы образовались путём деления более тяжёлых элементов. Учитывая возраст и состав изучаемых звёзд, учёные предположили, что рутений, родий, палладий и серебро были получены в результате распада элементов, атомная масса которых составляет не менее 260 а. е. м.
По словам учёных, до сих пор человечеству не приходилось обнаруживать настолько тяжёлых элементов ни на Земле, ни за её пределами даже в процессе разработки и испытания ядерного вооружения. Тем не менее физики и химики на протяжении многих лет пребывают в поиске тяжёлых элементов, до сих пор не зафиксированных в периодической системе. Согласно наиболее популярным гипотезам, на самом деле таких элементов много, однако огромная атомная масса делает их слишком нестабильными, потому они быстро распадаются на более лёгкие элементы. В связи с этим их сложно обнаружить и ещё тяжелее изучить. Так, самый тяжёлый известный химический элемент – оганесон – имеет атомную массу 294 а. е. м.: он известен науке на примере всего пяти атомов, которые учёным удалось произвести в лабораторных условиях. Его период полураспада оценивают в 1 мс.