In het bijzonder worden jodium en broom op aarde aangetroffen dankzij een bepaald nucleair proces dat plaatsvindt wanneer neutronensterren botsen. Op hun beurt inspireren en botsen paren van neutronensterren in een baan als gevolg van hun energie-emissies in de vorm van zwaartekrachtgolven. Er kan dus een direct pad zijn van het bestaan ​​van zwaartekrachtgolven naar het bestaan ​​van zoogdieren.

Mensen bestaan ​​voor het grootste deel uit waterstof, koolstof en zuurstof, met veel extra sporenelementen. (Er zijn twintig elementen die essentieel zijn voor het menselijk leven.) Elementen met een atoomnummer van minder dan 35 worden geproduceerd in supernova's, implosies van sterren die hun nucleaire brandstof hebben uitgeput en naar binnen zijn ingestort. De ineenstorting resulteert in een explosie die hun atomen over het hele universum spuugt.

Maar twee elementen worden op andere manieren geleverd:jodium, nodig in de belangrijkste hormonen die door de schildklier worden geproduceerd, en broom, dat wordt gebruikt om collageenstructuren te creëren in de weefselontwikkeling en -architectuur.

Thorium en uranium zijn indirect belangrijk geweest voor het menselijk leven, omdat hun radioactieve verval in het binnenste van de aarde de lithosfeer verhit en tektonische activiteit mogelijk maakt. De beweging van tektonische platen verwijdert koolstof uit de korst van de planeet en dompelt deze onder, die zelf uit de atmosfeer wordt verwijderd via water dat reageert met koolstofdioxide en silicaten, waardoor de mogelijkheid van een op hol geslagen broeikaseffect zoals op Venus is gebeurd, wordt vermeden.

Ongeveer de helft van de zware elementaire atomen op aarde (zwaarder dan ijzer) wordt geproduceerd door wat bekend staat als het 'r-proces':het snelle neutronenvangstproces. Het r-proces vindt plaats wanneer een zware atoomkern een opeenvolging van vrije neutronen vangt voordat de kern de kans heeft gehad om te vervallen (meestal door bèta-verval).

Met een voldoende hoge dichtheid aan vrije neutronen, berekend op ongeveer 10 ²⁴ per kubieke centimeter, en bij hoge temperaturen, rond een miljard Kelvin, worden neutronen geabsorbeerd en worden zwaardere isotopen van een element gesynthetiseerd.

Ellis en zijn collega's berekenen dat het r-proces 96% van de overvloed aan ¹²⁷ heeft opgeleverd I op aarde, een isotoop die essentieel is voor het menselijk leven, en het grootste deel van de overvloed aan broom en gadolinium in de aardkorst, plus al het thorium en uranium van de aarde en een fractie van het molybdeen en cadmium.

Waar vindt het r-proces plaats? Eén mogelijkheid is het materiaal dat wordt uitgestoten tijdens de rebound van een supernova die ineenstort, de explosies van sterren aan het einde van hun thermonucleaire levensduur. Maar er bestaat al lang onzekerheid over de gedetailleerde fysica van dit proces.

Eén fenomeen waarbij het r-proces wel voorkomt, is de samensmelting van twee neutronensterren, een kilonova genoemd. Dergelijke fusies worden rechtstreeks veroorzaakt door zwaartekrachtgolven.

Terwijl het binaire paar honderden miljoenen jaren naar elkaar toe beweegt, stralen ze aan het einde een enorme hoeveelheid energie uit in de vorm van zwaartekrachtgolven. In feite was het precies zo’n gebeurtenis die de zwaartekrachtgolfgebeurtenis GW170817 veroorzaakte die in 2017 werd gedetecteerd bij de zwaartekrachtgolfobservatoria LIGO en Virga in de Verenigde Staten. De hoeveelheid energie kan enorm zijn:biljoenen biljoenen watt in de laatste paar milliseconden.

Kilonovae-uitbarstingen zijn belangrijke locaties van het r-proces, aangezien neutronensterren bijna volledig uit neutronen bestaan. Naast de zwaartekrachtsgolfobservatoria hebben andere detectoren GW170817 in het elektromagnetische spectrum gedetecteerd en spectroscopisch bewijs gevonden van het materiaal dat is ontstaan ​​en uit de fusie is weggegooid.

Het artikel concludeert dat het jodium dat essentieel is voor het menselijk leven "waarschijnlijk werd geproduceerd door het r-proces bij de botsingen van neutronensterren die werden veroorzaakt door de emissie van zwaartekrachtgolven, evenals door andere essentiële zware elementen." De groep stelt voor om te zoeken naar ¹²⁹ Ik in maanregoliet, dat niet is besmet door door de mens veroorzaakte bronnen.

"Bossies tussen neutronensterren vinden plaats omdat binaire systemen energie verliezen door zwaartekrachtgolven uit te zenden", zegt Ellis, "dus deze fundamentele natuurkundige verschijnselen hebben mogelijk het menselijk leven mogelijk gemaakt."

Hun paper, "Hebben we ons bestaan ​​te danken aan zwaartekrachtsgolven?", is beschikbaar op de arXiv preprint-server.

Meer informatie: John Ellis et al., Hebben we ons bestaan ​​te danken aan zwaartekrachtsgolven?, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.03593

Journaalinformatie: arXiv

© 2024 Science X Netwerk