Fale grawitacyjne mogą przyczyniać się do powstawania życia

Niektóre kluczowe elementy biologicznego składu organizmów żywych mogą pochodzić ze zdarzeń astrofizycznych takich jak fale grawitacyjne.

Naukowcy z Kings College London pod kierownictwem Johna R. Ellisa postanowili sprawdzić, czy ludzkość istnieje, dlatego, że istnieją fale grawitacyjne. W szczególności jod i brom występują na Ziemi dzięki szczególnemu procesowi jądrowemu, który zachodzi podczas zderzenia gwiazd neutronowych. Również jak tłumaczą badacze, orbitujące pary gwiazd neutronowych zderzają się ze względu na emisję energii w postaci fal grawitacyjnych. Może więc istnieć bezpośrednia droga od istnienia fal grawitacyjnych do istnienia człowieka. Badanie zostało opisane w serwisie arXiv.

Ludzie składają się głównie z wodoru, węgla i tlenu, z wieloma dodatkowymi pierwiastkami śladowymi. (Istnieje 20 pierwiastków niezbędnych do życia człowieka). Te o liczbie atomowej mniejszej niż 35 powstają w supernowych, implozją gwiazd, które wyczerpały swoje paliwo jądrowe i zapadły się do wewnątrz. Zapadnięcie skutkuje eksplozją, która rozrzuca ich atomy po całym Wszechświecie.

Ale jak zaznaczają naukowcy, dwa pierwiastki są dostarczane w inny sposób – jod, potrzebny w kluczowych hormonach wytwarzanych przez tarczycę oraz brom, wykorzystywany do tworzenia rusztowań kolagenowych w rozwoju i architekturze tkanek.

Tor i uran są pośrednio ważne dla ludzkiego życia, ponieważ jak twierdzą badacze, ich radioaktywne rozpady we wnętrzu Ziemi ogrzewają litosferę i umożliwiają aktywność tektoniczną. Ruch płyt tektonicznych usuwa i zanurza węgiel ze skorupy planety, który sam jest usuwany z atmosfery poprzez wodę reagującą z dwutlenkiem węgla i krzemianami, unikając efektu cieplarnianego, jak to miało miejsce na Wenus.

Jak zaznaczają naukowcy, około połowa ciężkich atomów elementarnych na Ziemi (cięższych niż żelazo) jest wytwarzana w tak zwanym „procesie r” – szybkim procesie wychwytywania neutronów. Proces r zachodzi, gdy ciężkie jądro atomowe wychwytuje szereg wolnych neutronów, zanim jądro zdąży się rozpaść (zwykle w wyniku rozpadu beta). Proces r zachodzi, gdy materiał jest wyrzucany podczas supernowej z kolapsem rdzenia – eksplozji gwiazdy pod koniec ich życia termojądrowego.

Przy wystarczająco dużej gęstości wolnych neutronów, obliczonej na około 10²⁴ na centymetr sześcienny i w wysokich temperaturach, około miliarda stopni Celsjusza, neutrony są pochłaniane i syntetyzowane są cięższe izotopy pierwiastka.

Badacze obliczyli, że proces r dostarczył 96 proc. obfitości Jodu 127 na Ziemi, izotopu niezbędnego dla ludzkiego życia, oraz większość obfitości bromu i gadolinu w skorupie ziemskiej, a także cały ziemski tor i uran oraz ułamek molibdenu i kadmu.

Zdaniem badaczy proces r może również zachodzić, gdy para gwiazd podwójnych zbliża się do siebie przez setki milionów lat, pod koniec emitując ogromną ilość energii w postaci fal grawitacyjnych. To właśnie wywołało fale grawitacyjne GW170817 wykryte w 2017 r. w obserwatoriach fal grawitacyjnych LIGO i Virga w Stanach Zjednoczonych. Ilość energii w czasie tego typu wydarzeń może być ogromna – biliony bilionów watów w ciągu ostatnich kilku milisekund.

Kilonowe (rodzaj supernowych) są ważnymi miejscami procesu r, ponieważ gwiazdy neutronowe składają się prawie wyłącznie z neutronów. Oprócz obserwatoriów fal grawitacyjnych, inne detektory wykryły GW170817 w widmie elektromagnetycznym i znalazły spektroskopowe dowody na istnienie materiału powstałego i wyrzuconego w czasie fuzji.

W czasie badania stwierdzono, że jod niezbędny do życia człowieka został „prawdopodobnie wyprodukowany w procesie r w zderzeniach gwiazd neutronowych, które zostały wywołane przez emisję fal grawitacyjnych, a także innych niezbędnych ciężkich pierwiastków”.

Emil Gołoś