Un gruppo di ricerca guidato da John R. Ellis del Kings College di Londra ha ipotizzato che l’esistenza umana potrebbe dipendere dalle onde gravitazionali. Alcuni elementi chiave della nostra composizione biologica potrebbero derivare da eventi astrofisici che si verificano perché esistono appunto le onde gravitazionali.
Onde gravitazionali implicate nell’esistenza umana
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.
Sue elementi tuttavia 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 hanno calcolato 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, uranio 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 un’incertezza di lunga data nella 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
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.
Lo studio ha indicato 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 ha suggerito di cercare il 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 dichiarato 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 sul server di prestampa arXiv.
Cosa sono le onde gravitazionali?
Le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto stesso dello spaziotempo che si propagano verso l’esterno da alcuni degli eventi più violenti e potenti del Cosmo. Percorrendo la vastità dell’Universo per giungere fino a noi qui sulla Terra, queste onde perdono progressivamente energia diventando ancora più deboli ed impercettibili.
Queste increspature nello spaziotempo si espandono in tutte le direzioni dalla loro fonte, viaggiando alla velocità della luce, che è anche la velocità della gravità.
La misurazione delle onde gravitazionali, note anche come “radiazione gravitazionale“, presso strutture come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) gestito dal California Institute of Technology (Caltech) e dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) non è solo significativo perché aiuta a confermare le teorie più accurate che abbiamo sulla gravità, una delle forze fondamentali dell’Universo, ma offre agli astronomi un modo completamente nuovo di guardare il Cosmo.
Le osservazioni delle onde gravitazionali possono essere combinate con le osservazioni nello spettro elettromagnetico per creare una nuova e potente forma di astronomia chiamata astronomia multi-messaggero.
Tutti i sistemi gravitazionali possono creare onde gravitazionali. Tuttavia, esse sono molto deboli. Persino Einstein credeva che sarebbe stato quasi impossibile rilevarle. Pertanto, gli eventi che cerchiamo sono gli eventi che creano le onde gravitazionali più forti nell’Universo.
Questi eventi sono cose come coalescenze binarie compatte, come la fusione di buchi neri o stelle di neutroni, stelle che esplodono come supernove, stelle di neutroni a rotazione rapida come le pulsar o il fondo di onde gravitazionali rimanente del big bang.
Ancora più emozionante di questi eventi già affascinanti è la possibilità dell’inaspettato. Previsioni interessanti come stringhe cosmiche, materia oscura o qualcosa che non abbiamo nemmeno previsto potrebbero creare un’onda gravitazionale.
