Potrebbe essere che l’esistenza umana dipenda dalle onde gravitazionali? Alcuni elementi chiave della nostra composizione biologica potrebbero derivare da eventi astrofisici che si verificano perché esistono le onde gravitazionali, suggerisce un gruppo di ricerca guidato da John R. Ellis del Kings College di Londra.
In particolare, iodio e bromo si trovano sulla Terra grazie ad un particolare processo nucleare che avviene quando le stelle di neutroni si scontrano. A loro volta, le coppie di stelle di neutroni orbitanti si ispirano e si scontrano a causa delle loro emissioni di energia sotto forma di onde gravitazionali. Potrebbe quindi esserci un percorso diretto dall'esistenza delle onde gravitazionali all'esistenza dei mammiferi.
Gli esseri umani sono costituiti principalmente da idrogeno, carbonio e ossigeno, con molti oligoelementi aggiuntivi. (Ci sono 20 elementi essenziali per la vita umana.) Quelli con un numero atomico inferiore a 35 sono prodotti nelle supernovae, implosioni di stelle che hanno esaurito il loro combustibile nucleare e sono collassate verso l'interno. Il collasso provoca un'esplosione che sparge i loro atomi in tutto l'universo.
Ma due elementi vengono forniti con altri mezzi:lo iodio, necessario negli ormoni chiave prodotti dalla tiroide, e il bromo, utilizzato per creare impalcature di collagene nello sviluppo e nell'architettura dei tessuti.
Il torio e l'uranio sono stati indirettamente importanti per la vita umana, poiché i loro decadimenti radioattivi all'interno della Terra riscaldano la litosfera e consentono l'attività tettonica. Il movimento delle placche tettoniche rimuove e sommerge il carbonio dalla crosta del pianeta, che a sua volta viene rimossa dall'atmosfera attraverso la reazione dell'acqua con l'anidride carbonica e i silicati, evitando la possibilità di un effetto serra fuori controllo come è accaduto su Venere.
Circa la metà degli atomi elementari pesanti sulla Terra (più pesanti del ferro) sono prodotti dal cosiddetto “processo r”, il rapido processo di cattura dei neutroni. Il processo r si verifica quando un nucleo atomico pesante cattura una successione di neutroni liberi prima che il nucleo abbia la possibilità di decadere (di solito mediante decadimento beta).
Con una densità sufficientemente elevata di neutroni liberi, calcolata in circa 10 24 per centimetro cubo e a temperature elevate, circa un miliardo di Kelvin, i neutroni vengono assorbiti e vengono sintetizzati gli isotopi più pesanti di un elemento.
Ellis e i suoi colleghi calcolano che il processo r ha fornito il 96% dell'abbondanza di 127 I sulla Terra, un isotopo essenziale per la vita umana, e la maggior parte dell'abbondanza di bromo e gadolinio nella crosta terrestre, oltre a tutto il torio e l'uranio della Terra e una frazione di molibdeno e cadmio.
Dove avviene il processo r? Una possibilità è il materiale espulso durante il rimbalzo di una supernova con collasso del nucleo, le esplosioni di stelle vicine alla fine della loro vita termonucleare. Ma c'è incertezza di lunga data sulla fisica dettagliata di questo processo.
Un fenomeno in cui si verifica il processo r è la fusione di due stelle di neutroni, chiamata kilonova. Tali fusioni sono causate direttamente dalle onde gravitazionali.
Mentre la coppia binaria si muove a spirale l'una verso l'altra nel corso di centinaia di milioni di anni, irradia un'enorme quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali verso l'estremità. In effetti, è stato proprio un evento del genere a produrre l’onda gravitazionale GW170817 rilevata nel 2017 presso gli osservatori di onde gravitazionali LIGO e Virga negli Stati Uniti. La quantità di energia può essere enorme:trilioni di trilioni di watt negli ultimi millisecondi.
Le esplosioni di kilonovae sono siti importanti del processo r, poiché le stelle di neutroni sono costituite quasi interamente da neutroni. Oltre agli osservatori delle onde gravitazionali, altri rilevatori hanno rilevato GW170817 nello spettro elettromagnetico e hanno trovato prove spettroscopiche del materiale creato ed espulso dalla fusione.
L'articolo conclude che lo iodio essenziale per la vita umana è stato "probabilmente prodotto dal processo r nelle collisioni di stelle di neutroni indotte dalle emissioni di onde gravitazionali, così come da altri elementi pesanti essenziali". Il gruppo suggerisce di cercare 129 I nella regolite lunare, che non è contaminata da fonti artificiali.
"Le collisioni tra stelle di neutroni si verificano perché i sistemi binari perdono energia emettendo onde gravitazionali", ha affermato Ellis, "quindi questi fenomeni fisici fondamentali potrebbero aver reso possibile la vita umana."
Il loro articolo, "Dobbiamo la nostra esistenza alle onde gravitazionali?", è disponibile su arXiv server di prestampa.
Ulteriori informazioni: John Ellis et al, Dobbiamo la nostra esistenza alle onde gravitazionali?, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.03593
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