科学者たちは、周期表を超えた新しい元素の世界への手がかりを発見しました。新しい研究により、古代の星は科学では知られていない非常に重い元素を生成していた可能性があることが判明した。今日の宇宙の元素の豊かな多様性は星のおかげです。これらの宇宙工場は環境から元素を取り出し、それらを融合して新しい元素を作成し、星が最終的に死ぬと、その労働の成果を宇宙全体に広めます。これにより、次世代の星にはより高度な出発点が与えられ、より多くのより重い元素を生成できるようになります。
しかし、このプロセスの限界は何でしょうか?また、要素はどれくらいの重さになる可能性があるのでしょうか?これらの疑問は、ノースカロライナ州立大学の科学者による新しい研究の焦点です。
元素の重量は、元素の単一原子の原子核内の陽子と中性子の数として定義される原子質量によって決まります。天然に存在する元素の中で最も重いのはウランで、原子量は 238 です。
最も重い元素は、中性子星の極限環境でのみ発生する、いわゆる「rプロセス」を通じて生成されます。基本的に、星に浮かぶ原子核は数秒以内に中性子で満たされ、その後、それらの中性子の一部が陽子に変換されます。これにより、プラチナやウランなどの重元素の原子が生成されます。
「鉛やビスマスよりも重い元素を作りたい場合は、rプロセスが必要です。多くの中性子を素早く追加する必要がありますが、問題は、それには多くのエネルギーと中性子が必要になることです。そして、その両方を見つけるのに最適な場所は、中性子星が誕生するときか死ぬとき、または中性子星が衝突してこのプロセスの元の成分を生成するときです。」
研究チームは、初期の星で形成された重元素を含むことが知られている、よく研究されている天の川銀河の42個の星の組成を研究した。研究者らは、各星を個別に研究するのではなく、星の集団全体にわたる元素の存在量を集合的に研究し、これまで無視されていたパターンを発見した。
研究者らは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀などの特定の元素がこれらの星に豊富に含まれているが、周期表上ですぐ隣にある元素には同じ相関関係がないことを発見した。研究チームは、これはこれらの元素がより重い元素の崩壊によって形成されたことを証明していると述べている。研究者らは逆算して、最初の重元素の原子量が少なくとも 260u であると計算しました。
「260という数字は興味深い。なぜなら、これまで宇宙や地球上で、核兵器の実験であっても、これほど重い物質が自然に検出されたことがないからである」とロドラー氏は語った。 「しかし、宇宙でそれらを観察することは、モデルと核分裂について私たちがどのように考えるかについての指針を提供し、豊かな多様性のある元素がどのように形成されるかについての洞察を与えることができます。」
科学者たちは長い間、周期表の外にはもっと多くの元素が存在するかもしれないと信じてきましたが、それらの原子質量は不安定なので、すぐに軽い元素に崩壊します。もちろん、これはそれらを見つけて研究することを非常に困難にします。既知の元素の中で最も重いオガネソンの原子質量は 294u ですが、この元素の原子はこれまでに 5 個しか実験室で生成されていません。
この研究はサイエンス誌に掲載されました。