Les astéroïdes du système solaire pourraient contenir des éléments superlourds non découverts

Une illustration d’un astéroïde en orbite dans l’espace. Mark Garlick/Photothèque chercheur via Getty ImagesPendant des siècles, la recherche de nouveaux éléments a été un moteur dans de nombreuses disciplines scientifiques. La compréhension de la structure d’un atome et la programmation de la science nucléaire ont permis aux scientifiques d’atteindre le vieil objectif des alchimistes : un élément en un autre. Au cours des dernières années, des scientifiques aux États-Unis, en Allemagne et en Russie ont découvert comment employer des outils spéciaux pour combiner deux noyaux atomiques et créer de nouveaux éléments super-lourds. L’élément le plus lourd du tableau périodique possède 118 protons. Licks-rocks/a la une, CC BY-SA Ces éléments lourds ne sont généralement pas stables. Les éléments plus lourds ont plus de protons ou de particules chargées positivement dans le noyau ; certains que les scientifiques ont créés en ont jusqu’à 118. Avec autant de protons, les forces de répulsion électromagnétiques entre les protons dans les noyaux atomiques submergent la force nucléaire attractive qui maintient le noyau assortiment. Les chercheurs prédisent depuis de nombreuses années que les éléments comportant environ 164 protons pourraient avoir une demi-vie relativement longue, voire être stables. Ils appellent cela « l’île de stabilité » – ici, la force nucléaire attractive est suffisamment forte pour contrebalancer toute répulsion électromagnétique. Les chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory ont construit des expériences en capacité de peser des éléments super-lourds. Marilyn Chung, Laboratoire national Lawrence Berkeley Comme les éléments lourds sont difficiles à fabriquer en laboratoire, les physiciens expérimentaux comme moi recherchent ces éléments partout, même au-delà de la Terre. Pour affiner la recherche, nous devons savoir quels types de processus naturels pourraient produire ces éléments. Nous devons aussi connaître leurs propriétés, comme leur densité de masse. Calcul de la densité À compter de départ, mon équipe a voulu localiser la densité de quantité de ces éléments super-lourds. Cette propriété pourrait nous en dire plus sur le attitude des noyaux atomiques de ces éléments. Et une fois que nous aurons une idée de leur densité, nous pourrons avoir une meilleure idée de l’endroit où ces éléments pourraient se cacher. Pour localiser la densité de masse et d’autres propriétés chimiques de ces éléments, mon équipe de recherche a utilisé un modèle qui représente un atome de chacun de ces éléments lourds sous la forme d’un seul nuage chargé. Ce modèle fonctionne bien pour les gros atomes, en particulier les métaux disposés dans une structure en réseau. Nous avons d’abord appliqué ce modèle à des atomes de densités connues et calculé leurs propriétés chimiques. Une fois que nous avons su que cela fonctionnait, nous avons utilisé le modèle pour calculer la densité des éléments comportant 164 protons et d’autres éléments de cet îlot de stabilité. Sur la base de nos calculs, nous nous attendons à ce que les métaux stables dont le numéro atomique est autour de 164 aient des densités comprises entre 36 et 68 g/cm3 (21 à 39 oz/in3). Cela dit, dans nos calculs, nous avons utilisé une hypothèse prudente a propos la masse des noyaux atomiques. Il est possible que la portée réelle soit jusqu’à 40 % plus importante. Astéroïdes et éléments lourds De nombreux scientifiques pensent que de l’or et d’autres métaux lourds se sont déposés à la surface de la Terre après la collision d’astéroïdes avec la planète. La même chose aurait pu se produire avec ces éléments super-lourds, par contre les éléments lourds très denses en masse s’enfoncent dans le sol et sont éliminés près de la surface de la Terre par la subduction des plaques tectoniques. Cela dit, même si les chercheurs ne trouveront peut-être pas d’éléments super-lourds à la surface de la Terre, ils pourraient lorsque même se trouver dans des astéroïdes comme ceux qui auraient pu les amener sur cette planète. Les chercheurs ont estimé que certains astéroïdes ont des densités de masse supérieures à celle de l’osmium (22,59 g/cm3, 13,06 oz/in3), l’élément le plus dense trouvé sur Terre. Le plus gros de ces objets est l’astéroïde 33, surnommé Polyhymnia et a une densité calculée de 75,3 g/cm3 (43,5 oz/in3). Mais cette densité n’est peut-être pas tout à fait précise, parce que il est assez compliqué de mesurer la masse et le volume d’astéroïdes lointains. Polyhymnia n’est pas le seul astéroïde dense. En fait, il y a plusieurs toute une classe d’objets super-lourds, dont les astéroïdes, qui pourraient contenir ces éléments super-lourds. Il y a quelque temps, j’ai introduit le nom Compact Ultradense Objects, ou CUDO, pour cette classe. Dans une étude publiée en octobre 2023 dans le European Physical Journal Plus, mon équipe a suggéré que certains des CUDO en orbite dans le système solaire pourraient encore contenir certains de ces éléments denses et lourds dans leur noyau. Leurs surfaces auraient accumulé de la matière normale au fil du temps et sembleraient normales à un observateur distant. Alors, comment sont produits ces éléments lourds ? Certains événements astronomiques extrêmes, comme les fusions d’étoiles doubles, devraien être suffisamment chauds et denses pour produire des éléments super-lourds stables. Une partie de la matière super-lourde pourrait alors rester à bord des astéroïdes créés durant ces événements. Ils pourraient rester entassés dans ces astéroïdes, qui gravitent autour du système solaire lors de des milliards d’années. Regard vers l’avenir La mission Gaia de l’Agence spatiale européenne tend à créer la carte tridimensionnelle la plus grande et la plus approfondi de tout ce qui se trouve dans le ciel. Les scientifiques pourraient employer ces résultats extrêmement spécifique pour étudier le mouvement des astéroïdes et localiser lesquels pourraient avoir une densité inhabituellement élevée. Des missions spatiales sont menées pour collecter des composants à la surface des astéroïdes et les analyser sur Terre. La NASA et l’agence spatiale japonaise JAXA ont ciblé avec réussite les astéroïdes géocroiseurs de faible densité. Ce mois-ci, la mission OSIRIS-REx de la NASA a ramené un échantillon. Tandis que l’analyse des échantillons ne fasse que commencer, il y a une très faible chance qu’ils abritent des poussières contenant des éléments super-lourds accumulés sur des milliards d’années. Le vaisseau spatial Psyché a quitté la Terre. Il utilisera le champ gravitationnel de Mars pour le rapprocher de l’astéroïde. Il orbitera ensuite autour de l’astéroïde et collectera des informations. NASA/JPL-Caltech Un seul échantillon de poussière et de roches à forte densité ramené sur Terre suffirait. La mission Psyché de la NASA, lancée en octobre 2023, volera vers et échantillonnera un astéroïde riche en métaux ayant une plus grande chance d’héberger des éléments super-lourds. D’autres missions d’astéroïdes comme celle-ci aideront les scientifiques à mieux comprendre les propriétés des astéroïdes en orbite dans le système solaire. En apprendre encore plus sur les astéroïdes et explorer les sources potentielles d’éléments super-lourds aidera les scientifiques à poursuivre leur quête séculaire visant à caractériser la matière qui constitue l’univers et à mieux comprendre comment les objets du système solaire se sont formés. Evan LaForge, un étudiant de premier cycle étudiant la physique et les mathématiques, est l’auteur principal de cette recherche et a participé à la rédaction de ce post, aux côtés de Will Price, un étudiant diplômé en physique. Johann Rafelski ne travaille, ne consulte, ne détient d’actions ni ne reçoit de financement d’aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de ce post, et n’a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.