Durante séculos, a busca por novos elementos foi uma força motriz em muitas disciplinas científicas. Entender a estrutura de um átomo e o desenvolvimento da ciência nuclear permitiram que os cientistas realizassem o antigo objetivo dos alquimistas – transformar um elemento em outro.

Nas últimas décadas, cientistas dos Estados Unidos, Alemanha e Rússia descobriram como usar ferramentas especiais para combinar dois núcleos atômicos e criar novos elementos superpesados. Esses elementos pesados geralmente não são estáveis. Elementos mais pesados têm mais prótons, ou partículas carregadas positivamente no núcleo; alguns que os cientistas criaram têm até 118.

Com tantos prótons, as forças repulsivas eletromagnéticas entre prótons nos núcleos atômicos sobrecarregam a força nuclear atrativa que mantém o núcleo unido. Os cientistas previram por muito tempo que elementos com cerca de 164 prótons poderiam ter uma meia-vida relativamente longa, ou mesmo ser estáveis. Eles chamam isso de “ilha de estabilidade” – aqui, a força nuclear atraente é forte o suficiente para equilibrar qualquer repulsão eletromagnética.

Como elementos pesados são difíceis de fazer em laboratório, físicos como o dr. Johann Rafelski, professor de Física, Universidade do Arizona, têm procurado por eles elementos em todos os lugares, até mesmo além da Terra. Para restringir a busca, é preciso saber que tipo de processos naturais poderiam produzir esses elementos. Também é preciso saber quais propriedades eles têm, como suas densidades de massa.

Desde o início, a equipe queria descobrir a densidade de massa desses elementos superpesados. Essa propriedade poderia nos dizer mais sobre como os núcleos atômicos desses elementos se comportam. E uma vez que os pesquisadores tivessem alguma ideia sobre sua densidade, poderiam ter uma noção melhor de onde esses elementos poderiam estar escondidos.

Para descobrir a densidade de massa e outras propriedades químicas desses elementos, a equipe de pesquisa usou um modelo que representa um átomo de cada um desses elementos pesados como uma única nuvem carregada. Este modelo funciona bem para átomos grandes, particularmente metais que são dispostos em uma estrutura de treliça.

Primeiramente aplicaram este modelo a átomos com densidades conhecidas e calcularam suas propriedades químicas. Uma vez que souberam que funcionava, usaram o modelo para calcular a densidade de elementos com 164 prótons, e outros elementos nesta ilha de estabilidade.

Com base nos cálculos, os pesquisadores esperavam que metais estáveis com números atômicos em torno de 164 tenham densidades entre 36 e 68 g/cm³. No entanto, nos cálculos foram usados uma suposição conservadora sobre a massa dos núcleos atômicos. É possível que o intervalo real seja até 40% maior.

Muitos cientistas acreditam que o ouro e outros metais pesados foram depositados na superfície da Terra depois que asteroides colidiram com o planeta. A mesma coisa poderia ter acontecido com esses elementos superpesados, mas elementos pesados densos de supermassa afundam no solo e são eliminados de perto da superfície da Terra pela subducção de placas tectônicas. No entanto, embora os pesquisadores possam não encontrar elementos superpesados na superfície da Terra, eles ainda podem estar em asteroides como os que podem tê-los trazido para este planeta.

Os cientistas estimaram que alguns asteroides têm densidades de massa maiores do que a do ósmio (22,59 g/cm³), o elemento mais denso encontrado na Terra. O maior desses objetos é o asteroide 33, que é apelidado de Poliínia e tem uma densidade calculada de 75,3 g/cm³. Mas essa densidade pode não estar certa, já que é muito difícil medir a massa e o volume de asteroides distantes.

A polihínia não é o único asteroide denso que existe. Na verdade, há toda uma classe de objetos superpesados, incluindo asteroides, que podem conter esses elementos superpesados. Há algum tempo, apresentei o nome Compact Ultradense Objects, ou CUDOs, para essa classe.

Em um estudo publicado em outubro de 2023 no European Physical Journal Plus, a equipe de Rafelski sugeriu que alguns dos CUDOs orbitando no sistema solar ainda podem conter alguns desses elementos densos e pesados em seus núcleos. Suas superfícies teriam acumulado matéria normal ao longo do tempo e pareceriam normais para um observador distante.

Então, como esses elementos pesados são produzidos? Alguns eventos astronômicos extremos, como fusões de estrelas duplas, podem ser quentes e densos o suficiente para produzir elementos superpesados estáveis.

Parte do material superpesado poderia então permanecer a bordo de asteroides criados nesses eventos. Eles poderiam ficar amontoados nesses asteroides, que orbitam o sistema solar por bilhões de anos.

A missão Gaia da Agência Espacial Europeia tem como objetivo criar o maior e mais preciso mapa tridimensional de tudo no céu. Os pesquisadores poderiam usar esses resultados extremamente precisos para estudar o movimento dos asteroides e descobrir quais deles poderiam ter uma densidade excepcionalmente grande.

Missões espaciais estão sendo realizadas para coletar material da superfície de asteroides e analisá-los de volta à Terra. Tanto a NASA quanto a agência espacial estatal japonesa JAXA têm como alvo asteroides próximos à Terra de baixa densidade com sucesso. Ainda em outubro, a missão OSIRIS-REx da NASA trouxe de volta uma amostra. Embora a análise da amostra esteja apenas começando, há uma chance muito pequena de que ela possa abrigar poeira contendo elementos superpesados acumulados ao longo de bilhões de anos.

Uma amostra de poeira e rocha densa em massa trazida de volta à Terra seria suficiente. A missão Psyche da Nasa, lançada em outubro de 2023, voará e amostrará um asteroide rico em metais com maior chance de abrigar elementos superpesados. Mais missões de asteroides como essa ajudarão os cientistas a entender melhor as propriedades dos asteroides que orbitam no Sistema Solar.

Aprender mais sobre asteroides e explorar fontes potenciais de elementos superpesados ajudará os cientistas a continuar a busca de um século para caracterizar a matéria que compõe o universo e entender melhor como os objetos no sistema solar se formaram.

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Artigo originariamente publicado no Conversation sob licença Creative Commons