Da li je moguće da ljudsko postojanje zavisi od gravitacionih talasa? Neki ključni elementi našeg biološkog sastava mogu proizaći iz astrofizičkih događaja koji se dešavaju zato što postoje gravitacioni talasi, sugeriše istraživački tim na čelu sa Džonom R. Elisom sa Kings koledža u Londonu.
Konkretno, jod i brom se nalaze na Zemlji zahvaljujući određenom nuklearnom procesu koji se dešava kada se neutronske zvezde sudare. Zauzvrat, parovi neutronskih zvezda u orbiti inspirišu i sudaraju se zbog svojih emisija energije u obliku gravitacionih talasa. Stoga može postojati direktan put od postojanja gravitacionih talasa do postojanja sisara.
Ljudi se uglavnom sastoje od vodonika, ugljenika i kiseonika, sa mnogo dodatnih elemenata u tragovima. (Postoji 20 elemenata esencijalnih za ljudski život.) Oni sa atomskim brojem manjim od 35 nastaju u supernovama, implozijama zvezda koje su iscrpile svoje nuklearno gorivo i srušile se u unutrašnjost. Kolaps rezultira eksplozijom koja izbacuje njihove atome po celom univerzumu.
Ali dva elementa se obezbeđuju drugim sredstvima — jod, potreban u ključnim hormonima koje proizvodi štitna žlezda, i brom, koji se koristi za stvaranje kolagenskih skela u razvoju tkiva i arhitekturi.
Torijum i uranijum su indirektno važni za ljudski život, jer njihovi radioaktivni raspadi u unutrašnjosti Zemlje zagrevaju litosferu i omogućavaju tektonsku aktivnost. Kretanje tektonskih ploča uklanja i potapa ugljenik iz kore planete, koji se sam uklanja iz atmosfere putem vode koja reaguje sa ugljen-dioksidom i silikatima, izbegavajući mogućnost bežećeg efekta staklene bašte kao što se to dogodilo na Veneri.
Otprilike polovina teških elementarnih atoma na Zemlji (težih od gvožđa) proizvodi se onim što je poznato kao „r-proces“—brzi proces hvatanja neutrona. R-proces se dešava kada teško atomsko jezgro uhvati niz slobodnih neutrona pre nego što jezgro ima priliku da se raspadne (obično beta raspadom).
Sa dovoljno velikom gustinom slobodnih neutrona, izračunatoj na oko 10 24 po kubnom centimetru, i na visokim temperaturama, oko milijardu Kelvina, neutroni se apsorbuju i sintetišu teži izotopi nekog elementa.
Elis i njegove kolege su izračunali da je r-proces obezbedio 96% obilja 127 I na Zemlji, izotopa neophodnog za ljudski život, i većinu obilja broma i gadolinijuma u Zemljinoj kori, plus sav Zemljin torijum i uranijum i frakcija molibdena i kadmijuma.
Gde se javlja r-proces? Jedna od mogućnosti je materijal izbačen tokom odbijanja od supernove sa kolapsom jezgra, eksplozije zvezda pred kraj njihovog termonuklearnog veka. Ali postoji dugotrajna neizvesnost u detaljnoj fizici ovog procesa.
Jedna pojava u kojoj se r-proces zaista dešava je spajanje dve neutronske zvezde, nazvane kilonova. Takva spajanja su direktno uzrokovana gravitacionim talasima.
Kako se binarni par spirale jedan prema drugom tokom stotina miliona godina, oni zrače ogromnu količinu energije u obliku gravitacionih talasa pri kraju. U stvari, upravo je takav događaj proizveo događaj gravitacionog talasa GV170817 otkriven 2017. u opservatorijama gravitacionih talasa LIGO i Virga u Sjedinjenim Državama. Količina energije može biti ogromna – trilione triliona vati u poslednjih nekoliko milisekundi.
Izbijanja kilonova su važna mesta r-procesa, pošto su neutronske zvezde gotovo u potpunosti napravljene od neutrona. Pored opservatorija gravitacionih talasa, drugi detektori su detektovali GV170817 u elektromagnetnom spektru i pronašli spektroskopske dokaze materijala koji je stvoren i izbačen iz spajanja.
U radu se zaključuje da je jod neophodan za ljudski život „verovatno proizveden r-procesom u sudarima neutronskih zvezda koji su izazvani emisijom gravitacionih talasa, kao i drugih esencijalnih teških elemenata“. Grupa predlaže potragu za 129 I u lunarnom regolitu, koji nije kontaminiran veštačkim izvorima.
„Do sudara neutronskih zvezda dolazi zato što binarni sistemi gube energiju emitujući gravitacione talase“, rekao je Elis, „tako da su ovi fundamentalni fizički fenomeni možda omogućili ljudski život“.
Njihov rad, „Da li svoje postojanje dugujemo gravitacionim talasima?“, dostupan je na arXiv serveru za preprint.
