33 Polyhymnia to asteroida nie z tego świata. Dosłownie

Sformułowanie asteroida nie z tego świata można rozumieć na kilka sposobów. Bo to określenie, które dobrze pasuje do Oumuamua, asteroidy, która przybyła na „chwilę” do wewnętrznego Układu Słonecznego i przez niektórych (w tym zafascynowanego tematem pozaziemskiego pochodzenia różnych obiektów kosmicznych Avi Loeba) uznana nawet za twór obcej cywilizacji. Tak samo można też powiedzieć o komecie Nishimury, która niedawno minęła Słońce, ale ze względu na bardzo długi okres orbitalny i niepewność jego wyznaczenia może być tylko jednorazowym gościem.

Można też tak mówić o znajdowanych na Ziemi fragmentach innych planet, na przykład Marsa (tak, meteorytów z Czerwonej Planety odkryto już kilkaset), tych które trafiają tu dzięki siłom natury jak i technologii jak niedawne próbki asteroidy Bennu przywiezione przez pojazd OSIRIS-REx.

33 Polyhymnia może być przedstawicielem nowo wyróżnionej kategorii tak zwanych ultragęstych zwartych ciał niebieskich, w tym przypadku zbudowanym ze zwykłej materii. Skrót od angielskiej nazwy, compact ultradense objects, to CUDO.

Trudno jednak zaprzeczyć, że nie ma to jak określenie mianem obiektu nie z tego świata, takiego, który składa się z pierwiastków nie wykrytych wcześniej na Ziemi, ani w trakcie naszych badań kosmosu. Takim obiektem może okazać się asteroid 33 Polyhymnia, której ogromną średnią gęstość 75 g/cm³ wyznaczono już w 2012 roku, przy założeniu, że nie jest ona zbudowana z egzotycznej materii, daje się najlepiej wyjaśnić istnieniem wcześniej nie wykrytych pierwiastków o dużych liczbach atomowych.

Skąd znamy asteroidę 33 Polyhymnia. Czy na pewno się tu nie mylimy?

33 Polyhymnia to obiekt odkryty już w 1854 roku przez francuskiego astronoma Jeana Chacornaca. Jednak ze względu na swój rozmiar, nieregularnej bryły o rozmiarze około 54 km, i odległość, asteroida zbliża się na minimalną odległość do Słońca sporo 1,9 AU (jednostki astronomicznej - dla porównania średnia odległość Marsa od Słonca to 1,52 AU), długo nie były znanę jej dokładniejsze parametry.

Orbita 33 Polyhymnia i jej położenie 1 stycznia 2009 roku wzgledem innych planet.

W tym masa, która wynika z własności obiektu. W 2012 roku Benoit Carry na podstawie grawitacyjnego wpływu 33 Polyhymnii na mijane przez nią inne ciała w Układzie Słonecznym doszedł do uznawanej dziś, choć traktowanej wciąż z niedowierzaniem, wartości gęstości tego ciała. Jest ona około 15 razy większa niż średnia gęstość Ziemi. Dla porównania gęstość Ziemi to 5,51 g/cm³. To oczywiście wartość średnia, bo jądro ziemskie jest dużo gęstsze niż skorupa.

Z kolei w przypadku 33 Polyhymnii trudno powiedzieć, czy jest to gęstość bliska ogólnej, czy we wnętrzu asteroidy mamy masywny rdzeń, co biorą po uwagę naukowcy zajmujący się tematem CUDO. Jeśli tak jest, to musiałby on mieć nawet większą gęstość niż wspominane 75 g/cm3.

Te szacunki mogą być też mylne, ze względu na błąd w ocenie rozmiaru asteroidy. Trudno jednak wyobrazić sobie, by był on na tyle duży, by średnia gęstość 33 Polyhymnia spadła do wartości podobnej dla innych asteroid. Nie tylko skalistych, ale i metalicznych jak 16 Psyche, której gęstość wynosi 4,5 g/cm3.

Niewykryte wcześniej, ale możliwe do wyobrażenia. Masywne pierwiastki

Określenie „nieznane” w stosunku do materii, która może stanowić w dużym stopniu skład 33 Polyhymnia, jest dobrze dobrane, choć nie oznacza to, że nie potrafimy o niej nic powiedzieć. Bo choć nie wykryliśmy dotychczas pierwiastków o tak dużej gęstości jaką sugeruje asteroida w naturalnym środowisku, nie oznacza, że nie potrafimy przewidzieć ich istnienia. Kluczowe jest tu określenie, przy jakiej liczbie atomowej możliwe są konfiguracje, które dają stabilne pierwiastki.

Największą gęstość ze znanych nam dotychczas pierwiastków ma osm. Wynosi ona 22,6 g/cm³. Dla porównania glin (aluminium) ma gęstość 2,7 g/cm³, a ołów 11,3 g/cm³.

Najgęstszy znany nam pierwiastek - osm, ma w jądrze 76 protonów i 114 neutronów. Nie jest to pierwiastek o największej liczbie nukleonów (protonów i neutronów) w jądrze, który jest nam znany. Więcej ma choćby wspomniany ołów. Natomiast najwyżej na liście pierwiastków w układzie okresowym jest obecnie Oganesson, który ma, aż 118 protonów i 176 neutronów w jądrze. Problem w tym, że udało się nam wytworzyć go jedynie na kilka milisekund, po tym czasie ulegał rozpadowi.

Dzięki postępowi w technologiach obliczeniowych jesteśmy jednakże w stanie opracować modele pierwiastków o jeszcze większych liczbach protonów w jądrze i ocenić ich trwałość. Kluczowa jest tu liczba protonów w jądrze, czyli liczba atomowa, którą określa się symbolem Z (liczba masowa, oznaczana A to suma protonów i neutronów).

W skład 33 Polyhymnia mogą wchodzić pierwiastki nie z tej Ziemi, czyli wcześniej nam nieznane.

Okazuje się, że dla liczby atomowej Z równej 164 mogą istnieć izotopy (pierwiastki o tej samej liczbie protonów, ale różnej liczbie neutronów w jądrze), które są stabilne. Pierwiastka o Z równym 164 nie udało się nam jeszcze wytworzyć w ziemskich laboratoriach, ale być może to właśnie taki pierwiastek lub inny, jeszcze masywniejszy, może być składnikiem 33 Polyhymnia.

Zagadnieniem istnienia takich pierwiastków zajmuje się Jan (właściwie Johann) Rafelski z uniwersytetu w Arizonie, którego zespół sugerował już ponad dekadę temu istnienie masywnych ciał niebieskich o rozmiarach asteroid, które nazwano CUDO.

Trudno dziś przewidzieć, co mogłoby wyniknąć z potwierdzenia hipotezy dotyczącej składu 33 Polyhymnia, ale z pewnością taka ultragęsta materia stanowi ciekawy obiekt nie tylko do badań naukowych, ale prawdopodobnie także dla branży materiałowej. Jak widać, sam Układ Słoneczny nie przestaje nas zaskakiwać, a przecież to tylko drobina w bezmiarze kosmosu.

Źródło: inf. własna, space.com, Acta Physica Polonica, foto wejściowe dla celów ilustracyjnych