O elemento natural mais denso da tabela periódica é o metal ósmio. À temperatura ambiente, forma um sólido com densidade de 22,59 gramas por centímetro cúbico – quase duas vezes mais denso que o núcleo interno da Terra e quase tão denso quanto o núcleo de Júpiter. Mas existem alguns objetos no Sistema Solar que parecem ser muito mais densos que o ósmio; nem mesmo núcleos planetários, mas asteroides, que não têm massa para comprimir minerais em um estado ultradenso.
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Isto levou os cientistas a especular que existem elementos estáveis e de ocorrência natural, para além da tabela periódica – mesmo para além dos elementos instáveis e radioativos superpesados entre os números atômicos 105 e 118, que só foram observados em laboratório. E os asteroides serão o foco dessa pesquisa.
Não se sabe se elementos com mais de 118 prótons seriam estáveis – eles certamente nunca foram observados, nem na natureza nem em laboratório. Mas o trabalho teórico sugere que existe uma ilha de estabilidade em torno do número atômico 164, onde os elementos superpesados não seriam tão propensos ao decaimento radioativo e poderiam permanecer, pelo menos por um tempo.
Dado que se espera que estes elementos mais pesados sejam mais densos, poderão explicar observações peculiares envolvendo o asteroide 33 Polyhymnia, uma rocha na cintura de asteroides que mede cerca de 50 a 60 quilômetros (cerca de 30 a 36 milhas) de diâmetro. Uma medição derivou uma densidade para 33 Polyhymnia de 75,28 gramas por centímetro cúbico, classificando-o como um potencial objeto compacto ultradenso (CUDO).
Um valor atípico tão extremo provavelmente será o resultado de uma medição errônea. Até o astrônomo que fez esse cálculo notou que era irrealista.
Mas os físicos Evan LaForge, Will Price e Johann Rafelski, da Universidade do Arizona, queriam investigar se tal densidade era ou não pelo menos fisicamente plausível.
Eles basearam seu trabalho em um modelo do átomo chamado modelo de Thomas-Fermi, conhecido por ser uma forma rudimentar, mas útil, de formar aproximações básicas de certos comportamentos atômicos. Sob esta estrutura, os pesquisadores investigaram a estrutura atômica de hipotéticos elementos superpesados.
“Escolhemos este modelo, apesar de sua relativa imprecisão, porque permite a exploração sistemática do comportamento atômico em função do número atômico além da tabela periódica conhecida”, diz Rafelski.
“Uma consideração adicional é que também nos permitiu explorar muitos átomos no curto espaço de tempo disponível para Evan [LaForge], nosso brilhante aluno de graduação.”
Os seus cálculos concordaram com a ilha de estabilidade anteriormente prevista para residir no número atômico 164. E mostraram que a gama de densidade deste elemento se situa entre 36 e 68,4 gramas por centímetro cúbico. Isso está próximo do cálculo de alta densidade para 33 polimnias.
Isso não significa que 33 Polyhymnia seja ultradenso. Significa apenas que pode haver uma explicação para aquela medição (possivelmente errônea) de ultradensidade que não requer acesso à cesta de matéria misteriosa.
“O objetivo deste estudo era determinar se CUDOs com densidade de massa extrema poderiam ser alcançados sem a necessidade da normalmente invocada matéria estranha ou escura”, escrevem os pesquisadores em seu artigo.
“Fizemos isso enquanto explorávamos dois sistemas nucleares diferentes usando o modelo relativístico de Thomas-Fermi. A partir da exploração de núcleos padrão e de matéria alfa, fica claro que ambos os tipos de matéria nuclear poderiam explicar a densidade observada em CUDOs, como o asteroide 33 Polimnia.”
O trabalho, dizem eles, demonstra a utilidade do modelo Thomas-Fermi para sondar as propriedades de hipotéticos elementos superpesados e fornece a base para análises mais robustas dos mesmos.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
