Impressão artística de estrelas de nêutrons se fundindo, produzindo ondas gravitacionais e resultando em uma quilonova. Crédito:Mark Garlick, Universidade de Warwick, da Wikipedia licenciada sob CC BY 4.0. Será que a existência humana depende de ondas gravitacionais? Alguns elementos-chave da nossa composição biológica podem vir de eventos astrofísicos que ocorrem porque existem ondas gravitacionais, sugere uma equipa de investigação liderada por John R. Ellis, do Kings College London.
Em particular, o iodo e o bromo são encontrados na Terra graças a um processo nuclear específico que ocorre quando estrelas de nêutrons colidem. Por sua vez, os pares de estrelas de nêutrons em órbita inspiram-se e colidem devido às suas emissões de energia na forma de ondas gravitacionais. Pode, portanto, haver um caminho direto entre a existência de ondas gravitacionais e a existência de mamíferos.
Os humanos são compostos principalmente de hidrogênio, carbono e oxigênio, com muitos oligoelementos adicionais. (Existem 20 elementos essenciais à vida humana.) Aqueles com um número atómico inferior a 35 são produzidos em supernovas, implosões de estrelas que esgotaram o seu combustível nuclear e entraram em colapso. O colapso resulta em uma explosão que espalha seus átomos por todo o universo.
Mas dois elementos são fornecidos por outros meios:o iodo, necessário nas principais hormonas produzidas pela tiróide, e o bromo, utilizado para criar estruturas de colagénio no desenvolvimento e na arquitectura dos tecidos.
O tório e o urânio têm sido indiretamente importantes para a vida humana, pois seus decaimentos radioativos no interior da Terra aquecem a litosfera e permitem a atividade tectônica. O movimento das placas tectónicas remove e submerge o carbono da crosta do planeta, que é removido da atmosfera através da água que reage com o dióxido de carbono e os silicatos, evitando a possibilidade de um efeito de estufa descontrolado como aconteceu em Vénus.
Cerca de metade dos átomos elementares pesados da Terra (mais pesados que o ferro) são produzidos pelo que é conhecido como "processo r" - o processo rápido de captura de nêutrons. O processo r ocorre quando um núcleo atômico pesado captura uma sucessão de nêutrons livres antes que o núcleo tenha a chance de decair (geralmente por decaimento beta).
Com uma densidade suficientemente alta de nêutrons livres, calculada em cerca de 10
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por centímetro cúbico, e em altas temperaturas, cerca de um bilhão de Kelvin, nêutrons são absorvidos e isótopos mais pesados de um elemento são sintetizados.
Ellis e seus colegas calculam que o processo-r forneceu 96% da abundância de
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I na Terra, um isótopo essencial para a vida humana, e a maior parte da abundância de bromo e gadolínio na crosta terrestre, além de todo o tório e urânio da Terra e uma fração do molibdênio e do cádmio.
Onde ocorre o processo r? Uma possibilidade é o material ejetado durante o ricochete de uma supernova com colapso do núcleo, as explosões de estrelas perto do fim da sua vida termonuclear. Mas há uma incerteza de longa data na física detalhada deste processo.
Um fenômeno onde o processo r ocorre é a fusão de duas estrelas de nêutrons, chamada quilonova. Essas fusões são causadas diretamente por ondas gravitacionais.
À medida que o par binário espirala em direção um ao outro ao longo de centenas de milhões de anos, eles irradiam uma enorme quantidade de energia na forma de ondas gravitacionais perto do fim. Na verdade, foi exatamente esse evento que produziu o evento de onda gravitacional GW170817 detectado em 2017 nos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virga, nos Estados Unidos. A quantidade de energia pode ser enorme – trilhões de trilhões de watts nos últimos milissegundos.
As explosões de Kilonovae são locais importantes do processo r, já que as estrelas de nêutrons são compostas quase inteiramente de nêutrons. Além dos observatórios de ondas gravitacionais, outros detectores detectaram GW170817 no espectro eletromagnético e encontraram evidências espectroscópicas do material criado e expelido pela fusão.
O artigo conclui que o iodo essencial para a vida humana foi “provavelmente produzido pelo processo r nas colisões de estrelas de nêutrons que foram induzidas pelas emissões de ondas gravitacionais, bem como por outros elementos pesados essenciais”. O grupo sugere pesquisar por
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I no regolito lunar, que não está contaminado por fontes artificiais.
“As colisões de estrelas de nêutrons ocorrem porque os sistemas binários perdem energia ao emitir ondas gravitacionais”, disse Ellis, “então esses fenômenos físicos fundamentais podem ter tornado a vida humana possível”.
O artigo deles, "Devemos nossa existência às ondas gravitacionais?", está disponível no arXiv servidor de pré-impressão.
