Asteroides podem conter elementos pesados que não existem na Terra

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/10/2023

Alguns cálculos indicam que a matéria fica invisível quando se torna muito densa e muito fria.
[Imagem: fszalai/Pixabay]

Matéria ultradensa

A menos que tenhamos uma sonda espacial orbitando um asteroide, há muitas incertezas nas medições feitas à distância sobre qualquer propriedade desses corpos celestes.

Por exemplo, algumas medições feitas com os melhores equipamentos à nossa disposição hoje indicam que alguns asteroides parecem ter densidades tão elevadas que a única conclusão lógica dos cientistas é que eles podem ser formados por uma espécie de matéria ultradensa, que não pode ser estudada com a física convencional.

Um trio de pesquisadores da Universidade do Arizona, nos EUA, está sugerindo agora que essa matéria ultradensa pode na verdade ser formada por elementos químicos ainda desconhecidos na Terra, elementos que nem sequer foram listados em nossa Tabela Periódica. Contudo, são elementos químicos "válidos" pelo saber convencional, podendo ser estudados pelas ferramentas da física e da química conhecidas.

Evan LaForge e seus colegas sugerem que a matéria dos asteroides ultradensos pode ser formada por elementos químicos superpesados, com número atômico (Z) superior ao limite da Tabela Periódica atual.

Eles modelaram as propriedades de tais elementos usando um modelo de estrutura atômica conhecido como modelo de Thomas-Fermi, uma versão mais simples e anterior à Teoria do Funcional da Densidade. Os pesquisadores se concentraram particularmente na proposta de uma "ilha de estabilidade nuclear" em torno de Z=164, mas estenderam esse método para incluir tipos mais exóticos de material ultradenso.

"Nós escolhemos esse modelo, apesar de sua relativa imprecisão, porque ele permite a exploração sistemática do comportamento atômico em função do número atômico além da Tabela Periódica conhecida," justificou o professor Johann Rafelski. "Uma consideração adicional é que ele também nos permitiu explorar muitos átomos no curto espaço de tempo disponível (...)."

Gráfico mostrando as densidades de todos os elementos de Z=1 a Z=100, com os metais pesados rotulados com triângulos vermelhos. O triângulo vermelho no canto superior direito é o ósmio (Z=76), o elemento com a maior densidade de massa medida experimentalmente.
[Imagem: LaForge et al. - 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8]

Materiais superpesados

O elemento estável mais denso que se conhece é o raro metal ósmio (Z=76) - sua densidade é de 22,59 g/cm³, o que é cerca de duas vezes maior que a do chumbo.

Corpos celestes - tipicamente asteroides - com densidades superiores a essa são considerados "objetos ultradensos compactos" ou CUDOs na sigla em inglês (Compact UltraDense Objects). O exemplo mais extremo conhecido é o asteroide 33 Polímnia, localizado no cinturão principal entre Marte e Júpiter; sua densidade foi calculada em cerca de 75 g/cm³, ou seja, mais de três vezes mais denso do que se ele fosse composto inteiramente de ósmio.

Os pesquisadores propõem que Polímnia e corpos celestes semelhantes podem ser compostos de elementos com Z acima de 118, possivelmente com outros tipos de matéria ultradensa.

Os cálculos confirmaram a previsão de que átomos com cerca de 164 prótons em seus núcleos provavelmente serão estáveis e, além disso, sugerem que um elemento estável com Z=164 teria uma densidade entre 36,0 e 68,4 g/cm³, uma faixa que se aproxima do valor esperado para o asteroide Polímnia.

Como o modelo utilizou a distribuição de carga no núcleo atômico como uma das suas entradas, ele poderá ser estendido para simular substâncias ainda mais exóticas, incluindo a hipotética matéria alfa, um condensado composto inteiramente por núcleos de hélio isolados - núcleos de hélio também são conhecidos como partículas alfa.

Uma frota de nanossatélites poderá visitar 300 asteroides em 3 anos.
[Imagem: FMI]

Mineração espacial

A ideia de que alguns asteroides possam ser constituídos por materiais desconhecidos na Terra pode funcionar como uma motivação extra para os potenciais "mineradores espaciais", que planejam explorar os metais preciosos que se espera existir em asteroides. A missão Psique, da NASA, por exemplo, lançada hoje, será a primeira a estudar in loco um asteroide que se acredita ser majoritariamente metálico.

Mas minerar materiais exóticos que sequer existam na Terra pode ser um atrativo irresistível. "Todos os elementos superpesados - aqueles que são altamente instáveis, bem como aqueles que simplesmente não são observados - foram agrupados como 'unobtainium'," considerou Rafelski. "A ideia de que alguns deles possam ser suficientemente estáveis para serem obtidos dentro do nosso Sistema Solar é excitante."

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