В частности, йод и бром обнаружены на Земле благодаря особому ядерному процессу, который происходит при столкновении нейтронных звезд. В свою очередь, пары нейтронных звезд, вращающиеся по орбите, движутся по спирали и сталкиваются из-за их излучения энергии в форме гравитационных волн. Таким образом, может быть прямой путь от существования гравитационных волн к существованию млекопитающих.
Люди в основном состоят из водорода, углерода и кислорода со многими дополнительными микроэлементами. (Есть 20 элементов, необходимых для жизни человека.) Те, у которых атомный номер меньше 35, образуются при взрывах сверхновых звезд, которые израсходовали свое ядерное топливо и коллапсировали внутрь. Коллапс приводит к взрыву, который разбрасывает их атомы по всей вселенной.
Но два элемента обеспечиваются другими способами — йод, необходимый для ключевых гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, и бром, используемый для создания коллагеновых каркасов при развитии и архитектуре тканей.
Торий и уран были косвенно важны для жизни человека, поскольку их радиоактивные распады в недрах Земли нагревают литосферу и способствуют тектонической активности. Движение тектонических плит удаляет и затопляет углерод из коры планеты, который сам по себе удаляется из атмосферы с помощью воды, вступающей в реакцию с углекислым газом и силикатами, предотвращая возможность безудержного парникового эффекта, подобного тому, что произошло на Венере.
Около половины тяжелых элементарных атомов на Земле (тяжелее железа) образуются в результате так называемого "r-процесса" - процесса быстрого захвата нейтронов. R-процесс происходит, когда тяжелое атомное ядро захватывает последовательность свободных нейтронов до того, как у ядра появляется шанс распасться (обычно путем бета-распада).
При достаточно высокой плотности свободных нейтронов, которая, по расчетам, составляет около 1024 на кубический сантиметр, и при высоких температурах, около миллиарда Кельвинов, нейтроны поглощаются и синтезируются более тяжелые изотопы элемента.
Эллис и его коллеги подсчитали, что r-процесс обеспечил 96% содержания 127I на Земле, изотопа, необходимого для жизни человека, и большую часть содержания брома и гадолиния в земной коре, плюс весь земной торий и уран и небольшую часть молибдена и кадмия.
Где происходит r-процесс? Одна из возможностей заключается в веществе, выброшенном при отскоке сверхновой с коллапсом ядра, взрывах звезд, приближающихся к концу срока их термоядерного существования. Но в деталях физики этого процесса существует давняя неопределенность.
Одно явление, в котором действительно происходит r-процесс, - это слияние двух нейтронных звезд, называемое килоновой. Такие слияния непосредственно вызваны гравитационными волнами.
Поскольку двойная пара движется по спирали навстречу друг другу на протяжении сотен миллионов лет, ближе к концу они излучают огромное количество энергии в форме гравитационных волн. Фактически, именно такое событие вызвало гравитационно-волновое событие GW170817, обнаруженное в 2017 году гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и Virga в Соединенных Штатах. Количество энергии может быть огромным — триллионы триллионов ватт за последние несколько миллисекунд.
Вспышки килоновых являются важными участками r-процесса, поскольку нейтронные звезды почти полностью состоят из нейтронов. Помимо гравитационно-волновых обсерваторий, другие детекторы обнаружили GW170817 в электромагнитном спектре и обнаружили спектроскопические доказательства того, что материал образовался и выбросился в результате слияния.
В статье делается вывод, что йод, необходимый для жизни человека, "вероятно, образовался в результате r-процесса при столкновениях нейтронных звезд, которые были вызваны излучением гравитационных волн, а также других важных тяжелых элементов". Группа предлагает искать 129I в лунном реголите, который не загрязнен искусственными источниками.
"Столкновения нейтронных звезд происходят из-за того, что двойные системы теряют энергию, испуская гравитационные волны, - сказал Эллис, - так что эти фундаментальные физические явления, возможно, сделали возможной человеческую жизнь".
Дополнительные материалы
