几个世纪以来，寻求新元素是许多科学学科的驱动力。了解原子结构和核科学的发展使科学家能够实现鍊金術士–将一个元素变成另一个元素。
在过去的几十年里，科学家们美国，德国， 和俄罗斯已经知道如何使用特殊工具将两个原子核结合在一起并创造新的，超重元素。
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元素周期表上最重的元素有 118 个质子。
这些重元素通常不稳定。较重的元素有更多的质子或原子核中带正电的粒子；有些是科学家创造的最多有 118由于质子数量众多，原子核中质子之间的电磁排斥力超过了使原子核结合在一起的引力。
科学家们早就预测到了含有 164 个质子的元素可能具有相对较长的半衰期甚至稳定。他们称之为“稳定岛”——这里，吸引的核力足够强大，可以平衡任何电磁排斥力。
由于重元素很难在实验室中制造，像我这样的物理学家一直在到处寻找这些元素，甚至超越地球。为了缩小搜索范围，我们需要知道什么样的自然过程可以产生这些元素。我们还需要知道它们具有什么属性，比如它们的质量密度。
计算密度
从一开始，我的团队就想弄清楚这些超重元素的质量密度。这一特性可以告诉我们更多关于这些元素原子核的行为方式。一旦我们了解了它们的密度，我们就能更好地了解这些元素可能隐藏在哪里。
为了计算出质量密度和其他化学性质在这些元素中，我的研究团队使用了一个模型，将每个重元素的原子表示为一个带电云。该模型适用于大原子，尤其是以晶格结构排列的金属。
我们首先应用此模型已知密度的原子，并计算它们的化学性质。一旦我们知道它有效，我们就用这个模型来计算含有 164 个质子的元素的密度，以及这个稳定岛中的其他元素。
根据我们的计算，我们预计原子序数约为 164 的稳定金属的密度在 36 至 68 g/cm3 之间3（21 至 39 盎司/英寸3）。不过，我们在计算中对原子核的质量采用了保守的假设，实际范围可能比这个数字高出 40%。
小行星和重元素
许多科学家相信黄金和其他重金属沉积在地球表面后小行星与地球相撞。
同样的事情可能发生在这些超重元素上，但超重密度的重元素会沉入地下，并被地球表面附近的板块俯冲。然而，尽管研究人员可能无法在地球表面找到超重元素，但它们仍可能存在于那些可能将它们带到这个星球的小行星中。
科学家估计，一些小行星的质量密度大于锇（22.59 克/厘米3, 13.06 盎司/英寸3），是地球上发现的最致密的元素。
这些天体中最大的是 33 号小行星，它绰号波吕海姆尼亚计算密度为 75.3 g/cm3（43.5 盎司/英寸3）但这个密度可能不太正确，因为测量遥远小行星的质量和体积相当困难。
波利海姆尼亚并不是唯一一颗密度很大的小行星。事实上，还有一类超重物体，包括小行星，都可能含有这些超重元素。前段时间，我引入了这一名称致密超高密度天体（CUDO），针对此类。
在 2023 年 10 月发表的一项研究中欧洲物理期刊，我的团队认为，太阳系中运行的一些 CUDO 可能仍然包含一些致密、重的元素在其核心中。随着时间的推移，它们的表面会积累正常物质，在远处的观察者看来是正常的。
那么这些产生重元素? 一些极端天文事件，如双星合并其温度和密度都足够高，足以产生稳定的超重元素。
一些超重物质可能会留在这些事件中产生的小行星上。它们可能会堆积在这些小行星上，这些小行星会围绕太阳系运行数十亿年。
展望未来
这欧洲航天局的盖亚任务旨在创建天空中所有事物的最大、最精确的三维地图。研究人员可以利用这些极其精确的结果研究小行星的运动并找出哪些可能具有异常大的密度。
正在进行的太空任务旨在收集小行星表面的物质，并返回地球进行分析。NASA 和日本国家宇宙航空研究开发机构 JAXA已经成功瞄准了低密度近地小行星。就在本月，NASA 的欧西里斯-雷克斯任务带回了一个样本。虽然样本分析才刚刚开始，但样本中可能含有数十亿年来积累的超重元素尘埃，这种可能性非常小。
灵神号航天器已离开地球。它将利用火星的引力将其带到靠近小行星的地方。然后它将绕小行星运行并收集数据。
只需将一个质量致密的尘埃和岩石样本带回地球就足够了。美国宇航局的 Psyche 任务于 2023 年 10 月发射，将飞往并进行采样富含金属的小行星拥有超重元素的可能性更大。更多这样的小行星探测任务将有助于科学家更好地了解太阳系中小行星的特性。
更多地了解小行星并探索超重元素的潜在来源将有助于科学家继续跨世纪的探索，以表征构成宇宙的物质并更好地了解太阳系中的物体是如何形成的。
埃文·拉弗吉是一名学习物理和数学的本科生，也是本研究并与物理学研究生威尔·普莱斯（Will Price）一起协助撰写了这篇文章。
