Các nhà khoa học đã phát hiện ra những dấu hiệu về một thế giới của các nguyên tố mới vượt ra ngoài bảng tuần hoàn. Một nghiên cứu mới đã phát hiện ra rằng những ngôi sao cổ đại có thể đã tạo ra các nguyên tố siêu nặng mà khoa học chưa biết đến.
Sự đa dạng phong phú của các nguyên tố trong vũ trụ ngày nay là nhờ vào các ngôi sao. Những nhà máy vũ trụ này lấy các nguyên tố từ môi trường xung quanh và kết hợp chúng lại với nhau để tạo ra những nguyên tố mới, và khi những ngôi sao này cuối cùng chết, chúng phân tán thành quả của công việc của mình khắp vũ trụ. Điều này cung cấp cho thế hệ tiếp theo của các ngôi sao một tấm bảng nền tiên tiến hơn để bắt đầu, cho phép chúng tạo ra các nguyên tố ngày càng nặng.
Nhưng giới hạn của quá trình này là gì, và một nguyên tố có thể trở nên nặng đến đâu? Những câu hỏi này là trung tâm của một nghiên cứu mới của các nhà khoa học tại Đại học North Carolina.
Các nguyên tố được cho là nặng hơn hoặc nhẹ hơn tùy thuộc vào khối lượng nguyên tử của chúng, được xác định là số lượng proton và neutron trong hạt nhân của một nguyên tử duy nhất của nguyên tố đó. Nguyên tố nặng nhất tự nhiên xuất hiện nhiều là uranium, với khối lượng nguyên tử là 238 u. Nhưng nghiên cứu mới đã tìm thấy dấu hiệu được viết trong các ngôi sao của những nguyên tố bí ẩn với khối lượng nguyên tử trên 260 u.
Các nguyên tố nặng nhất được tạo ra thông qua quá trình được gọi là quá trình r, chỉ có thể xảy ra trong môi trường cực kỳ nặng của ngôi sao neutron. Đơn giản là, hạt nhân nguyên tử nổi lên trong ngôi sao bị ngập tràn neutron trong một phần của giây, trước khi một số neutron đó được chuyển đổi thành proton. Điều này dẫn đến một nguyên tử của một nguyên tố nặng như platinum hoặc uranium.
“Quá trình r là cần thiết nếu bạn muốn tạo ra các nguyên tố nặng hơn, chẳng hạn như chì và bismuth,” nói Ian Roederer, tác giả chính của nghiên cứu. “Bạn phải thêm rất nhiều neutron một cách nhanh chóng, nhưng vấn đề là bạn cần nhiều năng lượng và nhiều neutron để làm điều đó. Và nơi tốt nhất để tìm thấy cả hai là ở sự ra đời hoặc cái chết của một ngôi sao neutron, hoặc khi ngôi sao neutron va chạm và tạo ra nguyên liệu thô cho quá trình.”
Đội ngũ nghiên cứu đã kiểm tra thành phần của 42 ngôi sao được nghiên cứu kỹ lưỡng trong Dải Ngân Hà, được biết đến chứa các nguyên tố nặng được tạo ra trong những thế hệ ngôi sao trước đó. Thay vì xem xét từng ngôi sao cá nhân, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sự phong phú của các nguyên tố tổng cộng trong nhóm và phát hiện ra các mẫu trước đây đã bị bỏ lỡ.
Các nguyên tố cụ thể, bao gồm ruthenium, rhodium, palladium và bạc, được phát hiện nhiều trong những ngôi sao này, nhưng các nguyên tố ngay bên cạnh chúng trên bảng tuần hoàn không có các tương quan tương tự. Điều này, đội ngũ nghiên cứu nói, là bằng chứng cho việc những nguyên tố này được tạo ra từ các nguyên tố nặng hơn đang phân rã. Ngược lại, các nhà nghiên cứu tính toán rằng các nguyên tố nặng khởi đầu này phải có khối lượng nguyên tử ít nhất là 260 u.
“Con số 260 này thú vị vì trước đây chúng ta chưa bao giờ phát hiện bất cứ thứ gì nặng hơn như vậy trong không gian hoặc tự nhiên trên Trái Đất, thậm chí trong thử nghiệm vũ khí hạt nhân,” Roederer nói. “Nhưng việc thấy chúng trong không gian mang lại cho chúng ta sự hướng dẫn về cách suy nghĩ về các mô hình và phân hủy – và có thể mang lại cho chúng ta cái nhìn sâu sắc về cách sự đa dạng phong phú của các nguyên tố đã xuất hiện.”
Các nhà khoa học đã lâu đã lý giải rằng có khả năng có thêm các nguyên tố nằm ngoài bảng tuần hoàn, nhưng khối lượng nguyên tử của chúng làm cho chúng không ổn định, do đó chúng sẽ nhanh chóng phân rã thành các nguyên tố nhẹ hơn. Điều đó tất nhiên làm cho việc tìm kiếm và nghiên cứu chúng vô cùng khó khăn – nguyên tố nặng nhất được biết đến, oganesson, có khối lượng nguyên tử là 294 u và chỉ có năm nguyên tử của nó đã từng được sản xuất trong phòng thí nghiệm.