¿Será que la existencia humana depende de las ondas gravitacionales? Algunos elementos clave de nuestra composición biológica pueden provenir de eventos astrofísicos que ocurren porque existen ondas gravitacionales, sugiere un equipo de investigación encabezado por John R. Ellis del Kings College de Londres.
En particular, el yodo y el bromo se encuentran en la Tierra gracias a un proceso nuclear particular que ocurre cuando las estrellas de neutrones chocan. A su vez, los pares de estrellas de neutrones en órbita se inspiran y chocan debido a sus emisiones de energía en forma de ondas gravitacionales. Por tanto, puede haber un camino directo desde la existencia de ondas gravitacionales a la existencia de mamíferos.
Los seres humanos estamos compuestos principalmente de hidrógeno, carbono y oxígeno, con muchos oligoelementos adicionales (hay 20 elementos esenciales para la vida humana). Aquellos con un número atómico inferior a 35 se producen en supernovas, implosiones de estrellas que han agotado su combustible nuclear y colapsaron hacia adentro. El colapso resulta en una explosión que arroja sus átomos por todo el universo. Pero dos elementos se obtienen por otros medios: el yodo, necesario en hormonas clave producidas por la tiroides, y el bromo, utilizado para crear estructuras de colágeno en el desarrollo y la arquitectura de los tejidos.
El torio y el uranio han sido indirectamente importantes para la vida humana, ya que sus desintegraciones radiactivas en el interior de la Tierra calientan la litosfera y permiten la actividad tectónica. El movimiento de las placas tectónicas elimina y sumerge el carbono de la corteza del planeta, que a su vez se elimina de la atmósfera a través del agua que reacciona con el dióxido de carbono y los silicatos, evitando la posibilidad de un efecto invernadero descontrolado como ha ocurrido en Venus.
Aproximadamente la mitad de los átomos elementales pesados de la Tierra (más pesados que el hierro) se producen mediante lo que se conoce como el “proceso r”, el rápido proceso de captura de neutrones. El proceso r ocurre cuando un núcleo atómico pesado captura una sucesión de neutrones libres antes de que el núcleo haya tenido la oportunidad de desintegrarse (generalmente mediante desintegración beta).
Con una densidad suficientemente alta de neutrones libres, calculada en aproximadamente 1024 por centímetro cúbico, y a altas temperaturas, alrededor de mil millones de K, se absorben neutrones y se sintetizan isótopos más pesados de un elemento. Ellis y sus colegas calculan que el proceso r ha proporcionado el 96% de la abundancia de 127I en la Tierra, un isótopo esencial para la vida humana, y la mayor parte de la abundancia de bromo y gadolinio en la corteza terrestre, más todo el uranio y el torio y una fracción del molibdeno y cadmio.
¿Dónde ocurre el proceso r? Una posibilidad es el material expulsado durante el rebote de una supernova con colapso del núcleo, las explosiones de estrellas cerca del final de su vida termonuclear. Pero existe una incertidumbre de larga data en la física detallada de este proceso.
Un fenómeno en el que ocurre el proceso r es la fusión de dos estrellas de neutrones, llamada kilonova. Estas fusiones son causadas directamente por ondas gravitacionales.
A medida que el par binario gira uno hacia el otro durante cientos de millones de años, irradian una enorme cantidad de energía en forma de ondas gravitacionales cerca del final. De hecho, fue precisamente un evento de este tipo el que produjo el evento de ondas gravitacionales GW170817 detectado en 2017 en los observatorios de ondas gravitacionales LIGO y Virga en los Estados Unidos. La cantidad de energía puede ser enorme: billones de billones de vatios en los últimos milisegundos.
Los estallidos de kilonovas son sitios importantes del proceso r, ya que las estrellas de neutrones están formadas casi en su totalidad por neutrones. Además de los observatorios de ondas gravitacionales, otros detectores detectaron GW170817 en el espectro electromagnético y encontraron evidencia espectroscópica del material creado y arrojado por la fusión.
El artículo concluye que el yodo esencial para la vida humana fue “probablemente producido por el proceso r en las colisiones de estrellas de neutrones que fueron inducidas por las emisiones de ondas gravitacionales, así como por otros elementos pesados esenciales”. El grupo sugiere buscar 129I en el regolito lunar, que no está contaminado por fuentes artificiales.
“Las colisiones de estrellas de neutrones ocurren porque los sistemas binarios pierden energía al emitir ondas gravitacionales”, dijo Ellis, “por lo que estos fenómenos físicos fundamentales pueden haber hecho posible la vida humana”.
Su artículo, “¿Le debemos nuestra existencia a las ondas gravitacionales?”, está disponible en el servidor de preimpresión arXiv.
Fuente: Phys.org.
