과학자들이 주기율표 너머의 새로운 원소 세계에 대한 단서를 발견했습니다. 새로운 연구에 따르면 고대 별은 과학에 알려지지 않은 극도로 무거운 원소를 생산했을 수도 있습니다. 오늘날 우주에 존재하는 원소들의 풍부하고 다양한 다양성은 별들 덕분입니다. 이 우주 공장은 주변 환경에서 요소를 가져와 융합하여 새로운 요소를 만들고, 별이 결국 죽으면 노동의 결실을 우주 전체에 퍼뜨립니다. 이는 차세대 별들에게 더욱 발전된 출발점을 제공하여 더 많은 더 무거운 원소를 생산할 수 있게 해줍니다.
하지만 이 과정의 한계는 무엇이며, 요소는 얼마나 무거울 수 있습니까? 이러한 질문은 노스캐롤라이나 주립대학교 과학자들의 새로운 연구의 초점입니다.
원소의 무게는 원소의 단일 원자 핵에 있는 양성자와 중성자의 수로 정의되는 원자 질량에 의해 결정됩니다. 자연에 존재하는 가장 무거운 원소는 원자량 238의 우라늄이다.
가장 무거운 원소는 중성자별의 극한 환경에서만 발생할 수 있는 소위 "r-과정"을 통해 생성됩니다. 본질적으로, 별에 떠 있는 원자핵은 몇 분의 1초 내에 중성자로 넘쳐나고, 그 중 일부는 양성자로 변환됩니다. 이것은 백금이나 우라늄과 같은 무거운 원소의 원자를 생성합니다.
"납이나 비스무트보다 무거운 원소를 만들고 싶다면 r-공정이 필요합니다. 많은 중성자를 빠르게 추가해야 하는데 문제는 그렇게 하려면 많은 에너지와 중성자가 필요하다는 것입니다. 그리고 두 가지를 모두 찾을 수 있는 가장 좋은 곳은 중성자별이 태어나거나 죽을 때, 또는 중성자별이 충돌하여 이 과정에 필요한 성분을 생성할 때입니다."
연구팀은 초기 별에서 형성된 무거운 원소를 포함하고 있는 것으로 알려진 은하계의 잘 연구된 별 42개의 구성을 연구했습니다. 연구진은 각 별을 개별적으로 연구하는 대신 전체 별 집단에 걸쳐 원소 풍부도를 집단적으로 연구하고 이전에 무시되었던 패턴을 발견했습니다.
연구자들은 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은을 포함한 특정 원소가 이 별들에 풍부하지만 주기율표에서 바로 옆에 있는 원소들은 동일한 상관관계를 갖지 않는다는 것을 발견했습니다. 연구팀은 이것이 이러한 원소가 더 무거운 원소의 붕괴에 의해 형성되었음을 증명한다고 말합니다. 연구자들은 거꾸로 작업하여 시작 중원소의 원자 질량이 최소 260u인 것으로 계산했습니다.
Rodler는 "260이라는 숫자는 흥미롭습니다. 이전에는 핵무기 실험에서도 이렇게 무거운 물질을 우주나 지구에서 자연적으로 발견한 적이 없기 때문입니다"라고 말했습니다. "그러나 우주에서 그것들을 보는 것은 우리가 모델과 핵분열에 대해 어떻게 생각하는지에 대한 지침을 제공하고 풍부한 다양성의 요소가 어떻게 형성되는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다."
과학자들은 오랫동안 주기율표 밖에 더 많은 원소가 있을 수 있다고 믿어왔지만, 원자 질량이 불안정하기 때문에 빠르게 가벼운 원소로 붕괴됩니다. 물론, 이로 인해 이 원소를 찾고 연구하는 것이 극도로 까다로워집니다. 알려진 가장 무거운 원소인 오가네손(Oganesson)의 원자 질량은 294u이고, 이 원소 중 단 5개의 원자만이 실험실에서 생산되었습니다.
해당 연구는 사이언스 저널에 게재됐다.