Kan det vara så att människans existens beror på gravitationsvågor? Vissa nyckelelement i vår biologiska sammansättning kan komma från astrofysiska händelser som inträffar på grund av att gravitationsvågor existerar, föreslår en forskargrupp under ledning av John R. Ellis från Kings College London.

I synnerhet finns jod och brom på jorden tack vare en speciell kärnprocess som sker när neutronstjärnor kolliderar. I sin tur, kretsande neutronstjärnepar inspirerar och kolliderar på grund av deras utsläpp av energi i form av gravitationsvågor. Det kan alltså finnas en direkt väg från existensen av gravitationsvågor till existensen av däggdjur.

Människan består till största delen av väte, kol och syre, med många ytterligare spårämnen. (Det finns 20 grundämnen som är viktiga för mänskligt liv.) De med ett atomnummer mindre än 35 produceras i supernovor, implosioner av stjärnor som har tömt sitt kärnbränsle och kollapsat inåt. Kollapsen resulterar i en explosion som spyr ut deras atomer över hela universum.

Men två element tillhandahålls på andra sätt – jod, som behövs i nyckelhormoner som produceras av sköldkörteln, och brom, som används för att skapa kollagenställningar i vävnadsutveckling och arkitektur.

Torium och uran har varit indirekt viktiga för människors liv, eftersom deras radioaktiva sönderfall i jordens inre värmer upp litosfären och tillåter tektonisk aktivitet. Rörelsen av tektoniska plattor tar bort och sänker ner kol från jordskorpan, som i sig avlägsnas från atmosfären via vatten som reagerar med koldioxid och silikater, vilket undviker risken för en skenande växthuseffekt som har hänt på Venus.

Ungefär hälften av de tunga elementaratomerna på jorden (tyngre än järn) produceras av vad som kallas "r-processen" - den snabba neutroninfångningsprocessen. r-processen inträffar när en tung atomkärna fångar en rad fria neutroner innan kärnan har haft en chans att sönderfalla (vanligtvis genom beta-sönderfall).

Med en tillräckligt hög densitet av fria neutroner, beräknad till cirka 10 ²⁴ per kubikcentimeter, och vid höga temperaturer, runt en miljard Kelvin, absorberas neutroner och tyngre isotoper av ett grundämne syntetiseras.

Ellis och hans kollegor beräknar att r-processen har gett 96 % av överflödet av ¹²⁷ Jag på jorden, en isotop som är nödvändig för mänskligt liv, och det mesta av överflödet av brom och gadolinium i jordskorpan, plus allt jordens torium och uran och en bråkdel av molybden och kadmium.

Var sker r-processen? En möjlighet är det material som kastas ut under återhämtningen från en kärnkollapssupernova, explosioner av stjärnor nära slutet av deras termonukleära livstid. Men det finns långvarig osäkerhet i den detaljerade fysiken i denna process.

Ett fenomen där r-processen inträffar är sammanslagning av två neutronstjärnor, kallad kilonova. Sådana sammanslagningar är direkt orsakade av gravitationsvågor.

När det binära paret går i spiral mot varandra under hundratals miljoner år utstrålar de en enorm mängd energi i form av gravitationsvågor nära slutet. I själva verket var det just en sådan händelse som orsakade gravitationsvåghändelsen GW170817 som upptäcktes 2017 vid LIGO och Virga gravitationsvågsobservatorier i USA. Mängden energi kan vara enorm – biljoner biljoner watt under de senaste millisekunderna.

Kilonovae-utbrott är viktiga platser för r-processen, eftersom neutronstjärnor nästan helt består av neutroner. Förutom gravitationsvågsobservatorierna detekterade andra detektorer GW170817 i det elektromagnetiska spektrumet och fann spektroskopiska bevis på materialet som skapades och kastades ut från sammanslagningen.

Uppsatsen drar slutsatsen att det jod som är nödvändigt för mänskligt liv "förmodligen producerades av r-processen i kollisioner av neutronstjärnor som inducerades av utsläpp av gravitationsvågor, såväl som andra viktiga tunga element." Gruppen föreslår att du söker efter ¹²⁹ Jag i månregolit, som är oförorenad av konstgjorda källor.

"Neutronstjärnekollisioner uppstår eftersom binära system förlorar energi genom att sända ut gravitationsvågor," sa Ellis, "så dessa fundamentala fysikfenomen kan ha gjort mänskligt liv möjligt."

Deras artikel, "Är vi skyldiga vår existens till gravitationsvågor?," finns tillgänglig på arXiv förtrycksserver.

Mer information: John Ellis et al, Har vi gravitationsvågor att tacka vår existens för?, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.03593

Journalinformation: arXiv

© 2024 Science X Network