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我们的地球是一颗岩石行星，其平均密度约为每立方厘米5.5克，在太阳系八大行星中，地球的平均密度是最高的，但这种“称号”只是在“八大行星”这个范围之内，实际上，太阳系中有很多小行星的平均密度都比地球更高，其中有一颗编号为“33 Polyhymnia”的小行星，其密度更是高得令人吃惊。
“33 Polyhymnia”是一颗在太阳系中发现的超致密小行星，运行在木星和火星之间的小行星带里，其直径约为54公里，如此大的“个头”，使得这颗小行星早在19世纪就被发现，不过由于观测水平的限制，在接下来的很长一段时间里，人们也只是知道有这颗小行星存在而已。 进入21世纪之后，人类对小行星的观测水平有了大幅的提升，在2012年的一项研究中，科学家根据获取到的观测数据对“33 Polyhymnia”的密度进行了计算，计算结果表明，这颗小行星的密度居然达到了每立方厘米75.28克左右，这大概是地球平均密度的13.7倍。
（↑想象图） 如此高的密度是令人吃惊的，尽管在太阳系之中，这样的物质密度其实也不是没有，比如说太阳内部的物质密度会随着深度的增加而不断上升，以至于其核心的物质密度，甚至可以高达每立方厘米150克左右，但问题是，太阳内部的超高密度，其实是太阳自身强大的重力压缩造成的，如果天体的质量不够大，就不可能形成如此高的密度，即使质量大如木星，其核心的密度也只有每立方厘米25克左右。 显而易见的是，像“33 Polyhymnia”这样的小行星，其自身的重力是不可能将其压缩至密度高达每立方厘米75.28克的超致密状态。 另一方面来讲，在已知的118种元素中，即使是密度最大的金属锇，其密度也才每立方厘米22.59克，而这也就意味着，在所有已知的元素中，任何元素都不可能在没有重力压缩的情况下形成如此致密的小行星。
也就是说，从理论上来讲，“33 Polyhymnia”应该是不可能具备如此高的密度的，所以这就成了一个谜团，甚至有不少人都认为，这个计算结果是错误的。 不过根据近日发表在《欧洲物理杂志Plus》 上的一项新研究，一个来自亚利桑那大学的研究团队，对“33 Polyhymnia”的超致密状态给出了理论上的支持，该团队的科学家认为，这颗小行星之所以有如此高的密度，或许是因为那里存在着未知元素。 此次研究是以“稳定岛理论”作为基础的，简单来讲，该理论认为，当原子核中的质子数或中子数等于一些特定的数字时，就会具备很高的稳定性，即使它会衰变，其“半衰期”也会特别漫长，可以在自然状态下存在很长的时间。 这些“特定的数字”也被称为“幻数”，它们分别是2、8、20、28、50、82、126、138、154和164，在已知的元素中，氦、氧、钙、镍、锡、铅等稳定元素的质子数或中子数分别与前6个“幻数”相对应。
（↑已知元素的半衰期图） 可以看到，根据“稳定岛理论”，一些比已知的118号元素更重的超重元素是可以长期稳定地存在的，其中最重的元素，其原子序数可以达到164，也就是其原子核内的质子可以达到164个，为方便描述，我们不妨将这种未知的元素称为“164号元素”。 在此研究中，该团队使用了一种被称为“托马斯-费米模型”的原子模型，研究了假设中的超重元素的原子结构，研究结果表明，由“164号元素”构成的固体结构，其密度范围在每立方厘米36-68.4克。 研究人员认为，由于“托马斯-费米模型”是一种基本近似的粗略方法，在此基础上，再加上实际测量的误差，因此可以认为，这个密度范围其实已经与“33 Polyhymnia”的超致密状态很接近了，所以一个合理的推测就是，这颗超致密小行星，应该是主要由“164号元素”构成。 就目前的情况来看，此次研究还有待进一步的验证，可以想象的是，假如后续的研究表明“33 Polyhymnia”真的是由未知元素构成，那么又会出现另一个令人困惑的问题：这些未知元素又是怎么来的？期待在未来的研究中，科学家能够解开这个谜团。 （相关论文：LaForge, E., Price, W. & Rafelski, J. Superheavy, elements and ultradense matter. Eur. Phys. J. Plus 138, 812） |
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