תעלומה במערכת השמש: האם אסטרואיד "33 פוליהימניה" מכיל יסודות מחוץ לטבלה המחזורית?

עמוק בחגורת האסטרואידים שבין מאדים לצדק, גוף סלעי קטן מציב אתגר חסר תקדים לחוקי הפיזיקה המוכרים לנו. צפיפותו האדירה, הגבוהה פי שלושה מהחומר היציב הצפוף ביותר על פני כדור הארץ, מאלצת מדענים להעלות השערה רדיקלית: ייתכן שבליבתו מסתתרים יסודות על-כבדים, כאלה שמעולם לא נצפו וממוקמים הרחק מעבר לגבולות הטבלה המחזורית.

אסטרואיד "33 פוליהימניה" (33Polyhymnia) מציג תעלומה פיזיקלית יוצאת דופן: צפיפות המסה שלו מוערכת בכ-75 גרם לסמ"ק. כדי להבין את גודל החריגה, יש להשוות נתון זה לצפיפותו של אוסמיום, היסוד היציב בעל המסה הגבוהה ביותר בטבע, שעומדת על 22.6 גרם לסמ"ק בלבד. גם אם היינו דוחסים יחד את היסודות הכבדים ביותר המוכרים, לא היינו מצליחים להסביר כיצד גוף טבעי יכול להגיע לצפיפות כה קיצונית. התופעה הזו הופכת את פוליהימניה למה שמדענים מכנים "גוף אולטרה-צפוף קומפקטי" (CUDO) – עצם שהרכבו נותר בגדר חידה.

אוסמיום, היסוד היציב הצפוף ביותר המופיע באופן טבעי

צוות פיזיקאים מאוניברסיטת אריזונה, בהובלת הפיזיקאי התיאורטי פרופ' יוהאן רפלסקי (Johann Rafelski), החליט להתמודד עם התעלומה. במחקר חדש, הם מציעים פתרון נועז: מה אם האסטרואיד מורכב מחומר שאינו מוכר לנו? הם שיערו כי התשובה עשויה להימצא ביסודות על-כבדים היפותטיים, הממוקמים הרחק מעבר לקצה הטבלה המחזורית הנוכחית. היסוד הכבד ביותר שסונתז אי פעם במעבדה הוא אוגאנסון (מספר אטומי 118), אך הוא אינו יציב ומתפרק תוך אלפיות השנייה. עם זאת, תיאוריות בפיזיקה גרעינית חוזות קיומו של "אי של יציבות" תיאורטי - אזור במספרים אטומיים גבוהים יותר, שבו גרעיני האטום עשויים להיות יציבים מספיק כדי להתקיים בטבע לאורך זמן.

תוך שימוש במודל מתמטי מתקדם (מודל תומאס-פרמי היחסותי), הצוות חישב את התכונות הצפויות של יסודות באותו "אי של יציבות" היפותטי, ובמיוחד באזור סביב מספר אטומי 164. תוצאות המודל היו מדהימות: יסודות אלה צפויים להיות בעלי צפיפות מסה בטווח של 36 עד 68.4 גרם לסמ"ק.

מסלול פוליהימניה 33, ומיקומו ב-1 בינואר 2009 (יישומון מציג מסלולי נאס"א)

"יסודות באזור יציבות גרעינית תיאורטית נוסף, בסביבת Z=164 הם מועמדים סבירים", כתבו החוקרים. "אם חלק משמעותי מליבת האסטרואיד עשוי מאותם מתכות על-כבדות, ייתכן בהחלט שצפיפות המסה הכוללת שלו תתקרב לערכים שנמדדו". במילים אחרות, התוצאות מראות לראשונה כי קיימת אפשרות פיזיקלית להסביר את הנתונים יוצאי הדופן של פוליהימניה, בתנאי שאותם יסודות אכן יציבים וקיימים.

יש להדגיש כי מדובר בהשערה תיאורטית בלבד; איש עוד לא צפה ביסודות אלה. ובכל זאת, המסקנות מעוררות עניין עצום בקהילה המדעית ואף מחוצה לה, מיזמי טכנולוגיה החולמים על כרייה בחלל ועד לפיזיקאים המבקשים להרחיב את גבולות הידע האנושי. "כל היסודות העל-כבדים - גם אלה שאינם יציבים כלל וגם אלה שטרם נצפו בפועל - סווגו עד כה כ'בלתי ניתנים להשגה'", סיכם פרופ' רפלסקי בהודעה לעיתונות, "האפשרות שחלקם עשויים להיות יציבים דיים כדי להימצא ממש כאן, במערכת השמש שלנו, היא רעיון מרתק".

מקורות:

• קטעים מ- Asteroid 33 Polyhymnia May Contain Elements Not Yet Seen On Earth מאת IFLScience שנכתב ע"י: James Felton.

• קטעים מ-Nearby asteroid may contain elements 'beyond the periodic table', new study suggests מאת Space.com שנכתב ע"י: Sharmila Kuthunur.

• קטעים מהמחקר-Superheavy elements and ultradense matter מאת The European Physical Journal Plus.