Într-un articol recent publicat în arXiv, este prezentată o idee extrem de interesantă: elemente chimice fundamentale pentru viața noastră, precum iodul sau bromul, ar fi luat naștere în reacții nucleare în urma coliziunii de stele de neutroni. Aceasta din urmă ar fi rezultatul final al emisiei de unde gravitaționale într-un sistem binar.
Teoria lui Einstein: relativitatea generală
În teoria lui Einstein, a relativității generale, geometria spațiului și a timpului depinde de conținutul de materie și energie din Univers. Geometria, la rândul ei, determină modul în care obiectele se mișcă în cosmos; o relație deci între geometria spațio-temporală și materia și energia din Univers. Această teorie, care are mai bine de 100 de ani, a fost confirmată în nenumărate experimente și observații astronomice. Printre acestea se numără și undele gravitaționale, observate relativ recent de către antenele gravitaționale.
Undele gravitaționale
Într-o geometrie „elastică”, care deci depinde de cum se mișcă obiectele cosmice, se pot genera unde gravitaționale – adică deformări care se propagă sub forma unor unde în spațiu și timp în Univers, atunci când corpuri de masă foarte mare (precum stele sau găuri negre) se mișcă în mod accelerat.
Astfel, atunci când două găuri negre sau stele de neutroni formează un sistem binar (două stele sau găuri negre care se mișcă una în jurul celeilalte) se formează unde gravitaționale, emisia cărora face astfel încât cele două obiecte să se apropie, în timp, unul de celălalt, până când se ajunge la o coliziune. Astfel de unde gravitaționale, datorate coliziunii de găuri negre, au fost pentru prima dată observate în 2016 de către antenele gravitaționale interferometrice LIGO (din Statele Unite), În 2017 au fost observate și unde gravitaționale emise în coliziunea a două stele de neutroni (pă lângă cele două antene LIGO acest fenomen a fost măsurat și de către antena gravitațională VIRGO din Italia).
Procesele nucleare în coliziuni de stele de neutroni
Elementele chimice din care suntem alcătuiți iau naștere în procese nucleare care au loc în inima stelelor (prin fuziune nucleară) sau în așa-numitele procese de tip „r” (captura rapidă a neutronilor), în care, în urma eploziei unei supernove, sau a coliziunii stelelor de neutroni, , neutronii emiși în număr enorm cu energii mari, sunt capturați de nuclee care se transformă în nuclee din ce în ce mai grele. Printre elementele chimice care iau naștere în acest mod se numără și iodul și bromul
Iodul și bromul în viață noastră
Iodul și bromul au o importantă foarte mare în organismul nostru și în buna funcționare a acestuia. Astfel, iodul joacă un rol important în hormonii produși de tiroidă, iar bromul este folosit pentru generarea structurilor de colagen, importante în dezvoltarea și arhitectura țesuturilor din organismul nostru.
Undele gravitaționale și existența noastră
Articolul publicat în arXiv, cu titlul „Do we Owe our Existence to Gravitațional Waves?” (Ne datorăm existența undelor gravitaționale?) arată cum tocmai emisia undelelor gravitaționale într-un sistem binar de stele de neutroni face ca acestea să piardă energie (care este emisă tocmai sub forma undelor gravitaționale) ajungând să se ciocnească. În urma coliziunii stelelor au loc procese nucleare care generează elemente chimice, printre care iodul și borul, ce joacă un rol determinant în organismul nostru. Se poate deci spune că ne datorăm viață undelor gravitaționale.
Studiul undelor gravitaționale este unul dintre cele mai interesante și importante subiecte din cercetarea fundamentală actuală, atât pentru a înțelege mai bine stelele de neutroni și găurile negre, cât și pentru a studia teoria relativității generale și eventuale teorii dincolo de această – precum teoria gravitației cuantice.
Vedem încă o dată cum studiul fizicii fundamentale produce cunoștințe care stau inclusiv la baza înțelegerii modului în care a evoluat viața pe Pământ și a proceselor care au făcut astfel încât aceasta să fie posibilă în modul în care o vedem astăzi (inclusiv în interiorul corpului nostru).
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, director de cercetare în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro