Gravitationsbølger kan have gjort menneskeliv muligt

Kan det være, at menneskets eksistens afhænger af gravitationsbølger? Nogle nøgleelementer i vores biologiske sammensætning kan komme fra astrofysiske begivenheder, der opstår, fordi gravitationsbølger eksisterer, foreslår et forskerhold ledet af John R. Ellis fra Kings College London.

Især jod og brom findes på Jorden takket være en særlig nuklear proces, der sker, når neutronstjerner kolliderer. Til gengæld inspirerer og kolliderer kredsende neutronstjernepar på grund af deres udledning af energi i form af gravitationsbølger. Der kan således være en direkte vej fra eksistensen af ​​gravitationsbølger til eksistensen af ​​pattedyr.

Mennesker består for det meste af brint, kulstof og ilt med mange ekstra sporstoffer. (Der er 20 grundstoffer, der er essentielle for menneskers liv.) Dem med et atomnummer på mindre end 35 produceres i supernovaer, implosioner af stjerner, der har opbrugt deres nukleare brændstof og kollapset indad. Sammenbruddet resulterer i en eksplosion, der sprøjter deres atomer ud over hele universet.

Men to elementer er tilvejebragt med andre midler - jod, der er nødvendigt i nøglehormoner produceret af skjoldbruskkirtlen, og brom, der bruges til at skabe kollagen stilladser i vævsudvikling og arkitektur.

Thorium og uran har været indirekte vigtige for menneskers liv, da deres radioaktive henfald i Jordens indre opvarmer litosfæren og tillader tektonisk aktivitet. Bevægelsen af ​​tektoniske plader fjerner og nedsænker kulstof fra jordskorpen, som i sig selv fjernes fra atmosfæren via vand, der reagerer med kuldioxid og silikater, hvilket undgår muligheden for en løbsk drivhuseffekt, som det er sket på Venus.

Omkring halvdelen af ​​de tunge elementære atomer på Jorden (tyngre end jern) produceres af det, der er kendt som "r-processen" - den hurtige neutronindfangningsproces. r-processen opstår, når en tung atomkerne fanger en række frie neutroner, før kernen har haft en chance for at henfalde (normalt ved beta-henfald).

Med en høj nok tæthed af frie neutroner, beregnet til at være omkring 10 ²⁴ kubikcentimeter, og ved høje temperaturer, omkring en milliard Kelvin, absorberes neutroner, og tungere isotoper af et grundstof syntetiseres.

Ellis og hans kolleger beregner, at r-processen har givet 96 % af overfloden af ​​ ¹²⁷ Jeg på Jorden, en isotop, der er essentiel for menneskeliv, og det meste af overfloden af ​​brom og gadolinium i jordskorpen, plus al jordens thorium og uran og en brøkdel af molybdæn og cadmium.

Hvor foregår r-processen? En mulighed er det materiale, der kastes ud under tilbagespringet fra en kerne-kollaps supernova, eksplosioner af stjerner nær slutningen af ​​deres termonukleare levetid. Men der er langvarig usikkerhed i den detaljerede fysik af denne proces.

Et fænomen, hvor r-processen forekommer, er sammensmeltningen af ​​to neutronstjerner, kaldet en kilonova. Sådanne fusioner er direkte forårsaget af gravitationsbølger.

Når det binære par går i spiral mod hinanden over hundreder af millioner af år, udstråler de en enorm mængde energi i form af gravitationsbølger nær enden. Faktisk var det netop sådan en begivenhed, der producerede gravitationsbølgebegivenheden GW170817, der blev opdaget i 2017 ved LIGO og Virga gravitationsbølgeobservatorier i USA. Mængden af ​​energi kan være enorm – billioner af billioner af watt i de sidste par millisekunder.

Kilonovae-udbrud er vigtige steder i r-processen, da neutronstjerner næsten udelukkende består af neutroner. Udover gravitationsbølgeobservatorierne, detekterede andre detektorer GW170817 i det elektromagnetiske spektrum og fandt spektroskopiske beviser for det materiale, der blev skabt og smidt ud fra fusionen.

Papiret konkluderer, at det jod, der er essentielt for menneskers liv, "sandsynligvis blev produceret af r-processen i kollisioner af neutronstjerner, der blev induceret af emissioner af gravitationsbølger, såvel som andre essentielle tunge grundstoffer." Gruppen foreslår, at du søger efter ¹²⁹ I i måneregolith, som er uforurenet af menneskeskabte kilder.

"Neutronstjernekollisioner opstår, fordi binære systemer mister energi ved at udsende gravitationsbølger," sagde Ellis, "så disse fundamentale fysikfænomener kan have gjort menneskers liv muligt."

Deres papir, "skylder vi vores eksistens til gravitationsbølger?," er tilgængelig på arXiv preprint server.

Flere oplysninger: John Ellis et al, Skylder vi vores eksistens til gravitationsbølger?, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.03593

Journaloplysninger: arXiv

© 2024 Science X Network