El elemento químico con más densidad de nuestro planeta es el osmio, con 22,59 g/cm3. Pero para el asteroide Polimnia se ha estimado una densidad de más del triple, unos 75 g/cm3. Se trata de un valor incomprensible para la física que conocemos, hasta el unto de que el propio autor que hizo esa medida advirtió de que podría ser errónea.
En cualquier caso, los astrónomos consideran la posibilidad de que existan lo que llaman objetos compactos ultradensos (OCU, o CUDO, en sus siglas en inglés), que se podrían definir como aquellos cuerpos (astronómicos, típicamente) que tienen una densidad mayor que la del osmio. En particular, algunos asteroides observados superan este umbral de densidad, además de Polimina.
Pues bien, unos investigadores han tratado de explicar densidades tan grandes suponiendo que los OCU podrían estar compuestos por partículas superpesadas y “condensadas” de alto valor de número atómico, Z, bastante más alto que 118, que es el Z del oganesón, el elemento con más protones en su núcleo de la tabla periódica actual. En particular, podrían ser elementos hiperpesados de Z en torno a 164, ya que para ese valor se estima que podría existir una isla de estabilidad nuclear. Se está considerando, por ejemplo, cómo se podrían producir núcleos atómicos de valores de Z tan altos en una estrella de neutrones.
Estos investigadores han planteado la hipótesis de que, si los elementos superpesados son lo suficientemente estables, podrían existir en los núcleos de asteroides densos como Polimnia. Han hecho cálculos que confirman la predicción de que los átomos con alrededor de 164 protones en sus núcleos probablemente serían estables y, además, han sugriedo que un elemento estable con Z = 164 tendría una densidad entre 36,0 y 68,4 g/cm3.
Factores que afectan a la densidad
La densidad de masa de cualquier elemento depende de la masa atómica y del espacio entre los átomos. La masa atómica se localiza principalmente en el núcleo atómico, es decir, en los nucleones; los electrones y su energía de enlace tienen un efecto insignificante sobre la masa atómica. Observamos que a medida que Z aumenta, el número de nucleones aumenta a un ritmo más rápido que el lineal: los elementos ligeros tienen aproximadamente el mismo número de neutrones y protones, pero los elementos pesados tienen aproximadamente 1,5 veces más neutrones que protones. Este aumento se debe a la necesidad de reducir la repulsión de Coulomb entre los protones Z en el núcleo atómico.
El otro factor principal que afecta a la densidad de masa de los elementos es el espacio ocupado por cada átomo. A medida que Z aumenta, la intensidad de la fuerza de Coulomb sobre los electrones, así como la mayor degeneración en estados de alto momento angular, impide que la distancia entre los átomos crezca tan rápido como la masa. No obstante, no se sabe cómo varía el espacio ocupado por los átomos en un dominio muy grande de Z.
Referencia
Evan LaForge et al., Superheavy elements and ultradense matter, The European Physical Journal Plus (2023). DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8
