A busca pela estabilidade em elementos superpesados: um vislumbre das estrelas

por Liam O’Connor
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superheavy elements

A busca por elementos superpesados estáveis, com estimativas apontando para aqueles que possuem cerca de 164 prótons, continua à medida que os cientistas investigam a possibilidade de que os asteróides possam servir como repositórios para essas estruturas atômicas indescritíveis. Os actuais esforços espaciais procuram obter e examinar espécimes de asteróides em busca de vestígios de tais elementos, possivelmente remodelando a nossa compreensão da teoria atómica e do universo mais vasto.

Historicamente, a descoberta de novos elementos tem sido uma ambição científica significativa, com o progresso na compreensão da composição atómica e da ciência nuclear permitindo a transmutação de elementos, outrora o reino das aspirações alquímicas.

Nos últimos anos, equipas de investigação de países como os EUA, a Alemanha e a Rússia aproveitaram tecnologia sofisticada para fundir núcleos atómicos, resultando na criação de novos elementos superpesados.

Esses elementos são conhecidos por sua instabilidade devido ao aumento do número de prótons em seus núcleos, o que normalmente resulta em forças eletromagnéticas que dominam as forças nucleares que ligam o núcleo. Atualmente, a tabela periódica inclui elementos com até 118 prótons.

Foi levantada a hipótese de que um “número mágico” de aproximadamente 164 prótons poderia alcançar um equilíbrio onde as forças nucleares neutralizassem a repulsão eletromagnética, levando a uma hipotética “ilha de estabilidade”.

Com a síntese laboratorial a revelar-se um desafio, os investigadores estão a alargar a sua pesquisa a fontes extraterrestres. Compreender as propriedades destes elementos, tais como as suas densidades de massa, é um aspecto crítico desta busca.

Avaliando a densidade de massa

Os meus colegas e eu começámos a estimar a densidade de massa destes elementos superpesados, uma característica essencial para a compreensão do seu comportamento nuclear e potenciais esconderijos.

Nossa abordagem envolveu modelar esses elementos como grandes nuvens carregadas, uma técnica particularmente adequada para estruturas atômicas de tamanho considerável, especialmente as metálicas em rede. A validação do nosso modelo contra densidades conhecidas permitiu-nos prever a densidade dos elementos dentro da suposta ilha de estabilidade.

Nossos cálculos conservadores sugerem que metais superpesados estáveis com números atômicos próximos a 164 poderiam ter densidades variando de 36 a 68 g/cm³. Contudo, reconhecendo a natureza conservadora dos nossos pressupostos, os números reais poderão ser consideravelmente mais elevados.

A ligação entre asteróides e elementos densos

A hipótese de que elementos pesados como o ouro foram trazidos para a Terra por asteróides dá credibilidade à possibilidade de que elementos superpesados possam ter partilhado um destino semelhante. No entanto, devido a processos geológicos como a subducção tectónica, tais elementos provavelmente afundariam abaixo da crosta terrestre, tornando-os inacessíveis. Por outro lado, os asteróides podem reter esses elementos.

O asteróide mais massivo conhecido, apelidado de Polyhymnia, exibe uma densidade calculada que ultrapassa em muito a do ósmio, o elemento natural mais denso da Terra, embora estas medições venham com incertezas devido aos desafios logísticos de avaliar corpos celestes distantes.

Fenômenos astronômicos, como a fusão de estrelas binárias, podem gerar as condições necessárias para a formação de elementos superpesados estáveis. Posteriormente, esses elementos poderiam permanecer encapsulados em asteróides por eras.

Próximas perspectivas

A missão Gaia da Agência Espacial Europeia está preparada para entregar o mapa celestial 3D mais detalhado até à data, que poderá revelar asteróides com densidades anómalas indicativas da presença de elementos superpesados.

Missões de recuperação de amostras, como a OSIRIS-REx da NASA, já devolveram material de asteroides de baixa densidade, com análises em suas fases iniciais. Embora as perspectivas permaneçam escassas, há uma chance de que essas amostras contenham elementos superpesados.

Além disso, prevê-se que a missão Psyche da NASA recolha dados de um asteróide metálico, aumentando potencialmente a probabilidade de encontrar elementos superpesados. A continuação de tais missões promete aprofundar a nossa compreensão do cosmos e da evolução do nosso sistema solar.

De autoria de Johann Rafelski, professor de física da Universidade do Arizona, com contribuições de Evan LaForge e Will Price, estudantes de física da universidade.

Baseada num artigo do The Conversation, esta adaptação oferece informações sobre a investigação original publicada no The European Physical Journal Plus.

Citação: LaForge, E., Price, W., & Rafelski, J. (2023). Elementos superpesados e matéria ultradensa. The European Physical Journal Plus, DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8

Perguntas frequentes (FAQs) sobre elementos superpesados

O que são elementos superpesados e por que são importantes?

Elementos superpesados são elementos atômicos com um grande número de prótons em seus núcleos, teoricamente possuindo propriedades de estabilidade únicas. Eles são importantes porque podem ampliar a nossa compreensão da tabela periódica e oferecer insights sobre a física nuclear e a formação cósmica.

Como os asteróides podem estar conectados a elementos superpesados?

Os asteróides podem conter elementos superpesados, tendo potencialmente entregue estes materiais densos à Terra, tal como fizeram com outros metais pesados. Os cientistas levantam a hipótese de que as versões estáveis destes elementos ainda podem ser encontradas nos núcleos dos asteróides.

O que é a “ilha de estabilidade” na física nuclear?

A “ilha de estabilidade” refere-se a uma zona prevista na tabela periódica onde elementos superpesados com um certo número de prótons (cerca de 164) poderiam apresentar estabilidade devido a um equilíbrio de forças nucleares, ao contrário da maioria dos elementos pesados que são instáveis.

Quais são os desafios na detecção de elementos superpesados?

Detectar elementos superpesados é um desafio devido à sua instabilidade e raridade. Eles são difíceis de criar e sustentar em laboratório e acredita-se que estejam quase esgotados na superfície da Terra devido a processos geológicos.

Como as futuras missões espaciais poderiam ajudar no estudo de elementos superpesados?

Futuras missões espaciais poderiam ajudar na recuperação de amostras de asteróides e devolvê-las à Terra para análise. Missões como a OSIRIS-REx e a Psyche da NASA visam recolher dados e amostras de asteróides que possam conter estes elementos indescritíveis, oferecendo novas oportunidades de investigação.

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5 comentários

Mike O'Reilly Novembro 6, 2023 - 5:14 am

ótimo artigo, mas há um erro de digitação no segundo parágrafo, deveria ser “tem” e não “tem” ao falar sobre os elementos

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Ethan K. Novembro 6, 2023 - 11:01 am

a parte sobre a ilha da estabilidade é fascinante, mas como eles prevêem que 164 é o número mágico, parece um pouco aleatório para mim

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Samanta B. Novembro 6, 2023 - 11:04 am

devo dizer que é muito legal pensar sobre quais segredos os asteróides podem estar guardando, nunca pensei nisso assim antes

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Jenna Smith Novembro 6, 2023 - 2:32 pm

coisas realmente interessantes aqui, mas acho que você poderia ter se aprofundado um pouco mais em como exatamente esses elementos são criados? como nas estrelas ou algo assim

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Lucia Mendoza Novembro 6, 2023 - 4:24 pm

perdi a oportunidade de vincular isso ao panorama geral, por exemplo, como isso afeta a mim ou a pessoa comum, tem utilidades práticas?

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