Мои постоянные читатели знают, что я неоднократно поднимал на SE7ENе тему скрытой массы и дискуссии о природе частиц, составляющих тёмную материю. Фундаментальный обзор этой проблемы на русском языке представлен в великолепной книге Йостейна Кристиансена «Невидимая Вселенная» (2022). Научное сообщество обычно рассматривает два сценария: либо скрытая масса скрывается в неизвестных частицах, практически не взаимодействующих с барионной материей, либо она сосредоточена в чёрных дырах. В первом случае речь идёт об аксионах, о которых детально писал @BiktorSergeev в материале «Аксион: частица, которая может объяснить темную материю». Второй сценарий предполагает существование первичных микроскопических чёрных дыр с колоссальной гравитацией, что подробно осветил Валерий Исаковский @valisak в статье «Cага о первичных чёрных дырах: призрак Стивена Хокинга и генезис невидимой Вселенной». Кроме того, я публиковал переводную работу «Что если мы никогда не найдём тёмную материю?», где приводил диаграмму Венна с классификацией кандидатов на роль тёмной материи и сводную таблицу их предполагаемых физических параметров.
Существует также довольно экстравагантная гипотеза о так называемых CUDO — «компактных ультраплотных объектах». Согласно этой теории, сверхтяжелая материя может включать химические элементы с атомными номерами вплоть до 164, скрытые глубоко внутри недр астероидов или метеоритов под оболочкой из обычной породы. Одним из наиболее интригующих кандидатов на роль такого объекта в Солнечной системе является астероид Полигимния, о котором и пойдет речь.
Полигимния — значительное небесное тело диаметром около 54 километров. Этот астероид, названный в честь музы эпической поэзии, был обнаружен в 1854 году астрономом Жаном Шакорнаком в Марсельской обсерватории.
(33) Полиги́мния — объект главного пояса астероидов. Примечательно, что данный астероид обладает одной из самых вытянутых орбит среди первых ста открытых тел этого типа.
В 2012 году группа исследователей под руководством Бенуа Кэрри вычислила массу Полигимнии, опираясь на её гравитационное влияние на другие объекты системы: (6.20±0.74)×1018 кг. Сопоставление этой массы с диаметром (54 км) дает аномально высокую плотность — порядка 75,28±9,71 г/см3. Подобные показатели абсолютно не вписываются в параметры известного нам вещества, что делает эти оценки спорными и требует поиска альтернативных объяснений.
Астероиды и металлы
В моей ранней статье «Астероид как роскошь и средство передвижения» обсуждались научные и коммерческие перспективы освоения космических тел. Также рекомендую ознакомиться с глубоким исследованием Василия @tnenergy «Астероиды и мы» (часть 1, часть 2), где детально разбираются риски столкновений и состав астероидов. Эти тела, богатые железом, никелем и оливином, дают основания полагать, что значительная часть тяжелых металлов на нашей планете имеет именно астероидное происхождение.
Общепринятая классификация выделяет три основных типа астероидов: углеродистые (C-тип), кремниево-металлические (S-тип) и металлические (M-тип).
Большинство тел в поясе астероидов (до 80%) — углеродистые. Это относительно легкие объекты с плотностью около 1,7 г/см3, состав которых схож с обычными хондритами. Их современная классификация представлена здесь (с. 8):
Силикатные (S-тип) астероиды содержат кварц, железо и магний. Их плотность составляет около 3 г/см3.
Металлические (M-тип) астероиды, в основном состоящие из железа и никеля, также содержат платиноиды (иридий, золото, осмий и др.). Благодаря периодическому закону элементы с близкими электронными конфигурациями концентрируются в определенных зонах, что делает такие объекты потенциальными источниками редких металлов:
В этой части таблицы Менделеева находятся наиболее плотные элементы, такие как осмий и иридий.
Тем не менее, ни один естественный астероид не может обладать столь экстремальной плотностью, так как они не являются монолитными металлическими глыбами. Оценка плотности таких тел — задача крайне сложная, выполняемая косвенно через анализ гравитационного воздействия. К примеру, один из рекордсменов, (216) Клеопатра, имеет плотность чуть выше 5 г/см3. Оценки же для Полигимнии превосходят параметры чистых платиноидов в разы.
Возможное решение этой загадки — наличие в составе сверхтяжелых элементов (номера 121–164). Устойчивость этих ядер, описанная в работе под руководством Нефёдова (ИОНХ РАН), могла бы объяснить аномалию. Ян Рафельски с коллегами (2023) смоделировали поведение элементов вплоть до 164-го, опираясь на модель Томаса-Ферми. Согласно их выводам, плотность таких элементов может варьироваться от 36 до 68 г/см3, что уже приближается к показателям Полигимнии.
Другой вариант — наличие зерен экзотической материи, тех самых CUDO. Рафельски теоретически описал их как сверхплотные «микро-метеориты» еще в 2013 году.
CUDO и тёмная материя
CUDO — это попытка решения загадки «невидимой массы» без привлечения экзотики. Рафельски полагает, что сгустки протонов или «альфа-материи» (из ядер гелия, углерода и кислорода) могут образовывать сверхплотные структуры, где электроны объединяются в общие облака, напоминая конденсат Бозе-Эйнштейна — но за счет колоссального давления, а не сверхнизких температур. Такие структуры могли бы стабилизировать сверхтяжелые ядра, предотвращая их распад.
Миссия «Psyche» и изучение астероидов
Хотя экспедиция к Полигимнии пока не планируется, методы анализа металлических астероидов активно развиваются. Миссия OSIRIS-REx успешно доставила на Землю образцы с астероида Бенну, а запущенная в 2023 году станция «Psyche» направилась к одноименному астероиду (16) Психея. Это тело диаметром 226 км считается одним из немногих сохранившихся «зародышей» планет. Собранные данные позволят нам лучше понять состав глубинных слоев, недоступных для прямого изучения на Земле.
Заключение
Текущие оценки плотности Полигимнии остаются предметом научной дискуссии. Если они подтвердятся, это может означать наличие принципиально новых форм материи. Даже если гипотеза о CUDO не найдет подтверждения, изучение «металлического сердца» астероидов — это окно в условия, в которых формировалась наша планета. Это та самая фундаментальная наука, результат которой оправдывает любые затраты.
