Potrebbe essere che l’esistenza umana dipenda dalle onde gravitazionali? Alcuni elementi chiave nella nostra composizione biologica potrebbero derivare da eventi astrofisici che avvengono proprio grazie all’esistenza delle onde gravitazionali, suggerisce un team di ricerca guidato da John R. Ellis del Kings College London.
Siamo fatti di idrogeno, carbonio e ossigeno (e non solo)
In particolare, iodio e bromo si trovano sulla Terra grazie a un particolare processo nucleare che avviene quando le stelle di neutroni collidono. A loro volta, coppie di stelle di neutroni in orbita spiraleggiano e collidono a causa delle loro emissioni di energia sotto forma di onde gravitazionali. Potrebbe quindi esistere un collegamento diretto tra l’esistenza delle onde gravitazionali e l’esistenza dei mammiferi.
Gli esseri umani sono composti principalmente da idrogeno, carbonio e ossigeno, con molti altri elementi traccia. (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 carburante nucleare e collassato verso l’interno. Il collasso porta a un’esplosione che sparge i loro atomi in tutto l’universo.
Ma due elementi sono forniti in altri modi: lo iodio, necessario per le principali ormoni prodotti dalla tiroide, e il bromo, utilizzato per creare strutture 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 nell’interno della Terra riscaldano la litosfera e consentono l’attività tettonica. Il movimento delle placche tettoniche rimuove e sottopone a immersione il carbonio dalla crosta del pianeta, che viene a sua volta rimosso dall’atmosfera tramite l’acqua che reagisce con il biossido di carbonio e i silicati, evitando così la possibilità di un effetto serra incontrollato come è accaduto su Venere.
Il “processo di cattura rapida di neutroni“
Circa la metà degli atomi elementali pesanti sulla Terra (più pesanti del ferro) è prodotta da quanto è noto come il “processo di cattura rapida di neutroni” o “r-process“—il processo rapido di cattura di neutroni. Il r-process avviene quando un nucleo atomico pesante cattura una successione di neutroni liberi prima che il nucleo abbia avuto la possibilità di decadere (di solito per decadimento beta).
Con una densità sufficientemente alta di neutroni liberi, calcolata essere di circa 10^24 per centimetro cubo, e a temperature elevate, circa un miliardo di Kelvin, i neutroni vengono assorbiti e vengono sintetizzati isotopi più pesanti di un elemento.
Ellis e i suoi colleghi calcolano che il r-process abbia fornito il 96% dell’abbondanza di 127I 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 del molibdeno e del cadmio.
Dove avviene il r-process? Una possibilità è il materiale espulso durante il rimbalzo da una supernova a 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.
Kilonova
Un fenomeno in cui si verifica il r-process è la fusione di due stelle di neutroni, chiamata kilonova. Tali fusioni sono causate direttamente dalle onde gravitazionali.
Mentre la coppia binaria spiraleggia l’una verso l’altra per centinaia di milioni di anni, emettono un’enorme quantità di energia sotto forma di onde gravitazionali verso la fine. Infatti, è stato proprio un evento del genere che ha prodotto l’evento delle onde gravitazionali GW170817 rilevato nel 2017 presso gli osservatori di onde gravitazionali LIGO e Virgo negli Stati Uniti. La quantità di energia può essere enorme—bilioni di miliardi di watt negli ultimi pochi millisecondi.
Le esplosioni di kilonovae sono importanti siti del r-process, poiché le stelle di neutroni sono composte quasi interamente da neutroni. Oltre agli osservatori di onde gravitazionali, altri rilevatori hanno rilevato la GW170817 nello spettro elettromagnetico e hanno trovato prove spettroscopiche del materiale creato e gettato dalla fusione.
Il documento conclude che l’iodio essenziale per la vita umana è “probabilmente stato prodotto dal r-process nelle collisioni di stelle di neutroni che sono state indotte dalle emissioni di onde gravitazionali, così come altri elementi pesanti essenziali“. Il gruppo suggerisce di cercare il 129I nella regolite lunare, che è privo di contaminazioni da fonti di origine umana.
“Le collisioni di stelle di neutroni si verificano perché i sistemi binari perdono energia emettendo onde gravitazionali,” ha detto Ellis, “quindi questi fenomeni di fisica fondamentale potrebbero aver reso possibile la vita umana.”
