Възможно ли е човешкото съществуване да зависи от гравитационните вълни? Някои ключови елементи в нашия биологичен състав може да идват от астрофизични събития, които се случват, защото съществуват гравитационни вълни, предполага изследователски екип под ръководството на Джон Р. Елис от Кралския колеж в Лондон.
По-специално йодът и бромът се намират на Земята благодарение на конкретен ядрен процес, който се случва, когато неутронните звезди се сблъскат. На свой ред орбитиращите двойки неутронни звезди се вдъхновяват и сблъскват поради емисиите си на енергия под формата на гравитационни вълни. Следователно може да има пряк път от съществуването на гравитационните вълни до съществуването на бозайниците, пише Phys.org.
ОЩЕ: Учени за първи път забелязаха дълги гравитационни вълни от свръхмасивни черни дупки
Хората са изградени предимно от водород, въглерод и кислород, с много допълнителни микроелементи. (Има 20 елемента, които са от съществено значение за човешкия живот.) Тези с атомно число под 35 се произвеждат от свръхнови – имплозии на звезди, които са изчерпали своето ядрено гориво и са се срутили навътре. Колапсът води до експлозия, която изхвърля техните атоми из цялата Вселена.
Но два елемента се осигуряват по друг начин – йод, необходим за ключови хормони, произвеждани от щитовидната жлеза, и бром, използван за създаване на колагенови скелета в развитието и архитектурата на тъканите.
Торият и уранът са косвено важни за човешкия живот, тъй като техните радиоактивни разпади във вътрешността на Земята загряват литосферата и позволяват тектонската активност. Движението на тектонските плочи премахва и потапя въглерода от кората на планетата, който сам по себе си се отстранява от атмосферата чрез вода, реагираща с въглероден диоксид и силикати, като се избягва възможността за парников ефект, какъвто се е случил на Венера.
Около половината тежки елементарни атоми на Земята (по-тежки от желязото) се произвеждат от това, което е известно като „r-процес“ – процесът на бързо улавяне на неутрони. R-процесът възниква, когато тежко атомно ядро улавя последователност от свободни неутрони, преди ядрото да има възможност да се разпадне (обикновено чрез бета-разпад).
При достатъчно висока плътност на свободните неутрони, изчислена на около 1024 на кубичен сантиметър, и при високи температури (около един милиард Келвина) неутроните се абсорбират и се синтезират по-тежки изотопи на даден елемент.
Елис и колегите му изчисляват, че r-процесът е осигурил 96% от изобилието на 127I на Земята – изотоп, който е от съществено значение за човешкия живот, и по-голямата част от изобилието на бром и гадолиний в земната кора, плюс целия земен торий и уран и част от молибден и кадмий.
Къде се случва r-процесът? Една от възможностите е материалът, изхвърлен по време на отскока от свръхнова с колапс на ядрото, експлозиите на звезди в края на техния термоядрен живот. Но има несигурност в детайлната физика на този процес.
Едно явление, при което се случва r-процесът, е сливането на две неутронни звезди, наречено килонова. Такива сливания са пряко причинени от гравитационни вълни.
Докато двете неутронни звезди се движат спираловидно една към друга в продължение на стотици милиони години, те излъчват огромно количество енергия под формата на гравитационни вълни. Всъщност точно такова събитие е създало гравитационната вълна GW170817, открита през 2017 г. в обсерваториите за гравитационни вълни LIGO и Virga в САЩ. Количеството енергия може да бъде огромно – трилиони трилиони ватове през последните няколко милисекунди.
Килоновите са важни r-процеса, тъй като неутронните звезди почти изцяло се състоят от неутрони. Освен обсерваториите за гравитационни вълни, други детектори са фиксирали GW170817 в електромагнитния спектър и са открили спектроскопски доказателства за материала, създаден и изхвърлен от сливането.
ОЩЕ: Странната причина, поради която цялата Вселена бучи
Документът заключава, че йодът, който е от съществено значение за човешкия живот, „вероятно е бил произведен от r-процеса при сблъсъците на неутронни звезди, които са били предизвикани от емисиите на гравитационни вълни, както и други важни тежки елементи“. Групата предлага 129I да се търси в лунен реголит, който не е замърсен от изкуствени източници.
„Сблъсъците на неутронни звезди възникват, защото бинарните системи губят енергия чрез излъчване на гравитационни вълни – казва Елис, – толкова фундаментални, че тези физични явления може да са направили човешкия живот възможен.“
Техният доклад „Дължим ли съществуването си на гравитационните вълни?“ е достъпен на сървъра за препринт на arXiv.
