引力波可能使人类生命成为可能

难道人类的存在依赖于引力波吗?伦敦国王学院约翰·R·埃利斯领导的一个研究小组表示，我们生物构成中的一些关键元素可能来自由于引力波存在而发生的天体物理事件。

特别是，由于中子星碰撞时发生的特殊核过程，地球上发现了碘和溴。反过来，绕轨道运行的中子星对由于以引力波形式发射能量而发生螺旋和碰撞。因此，从引力波的存在到哺乳动物的存在可能存在一条直接路径。

人体主要由氢、碳和氧组成，还有许多其他微量元素。 (人类生命必需的元素有 20 种。)原子序数小于 35 的元素是在超新星中产生的，超新星是恒星耗尽核燃料并向内塌陷的内爆。塌缩导致爆炸，将它们的原子喷射到整个宇宙。

但有两种元素是通过其他方式提供的：碘(甲状腺产生的关键激素所需)和溴(用于在组织发育和结构中创建胶原蛋白支架)。

钍和铀对人类生命间接重要，因为它们的放射性衰变在地球内部加热岩石圈并允许构造活动。构造板块的运动从地球地壳中去除并淹没了碳，而碳本身又通过水与二氧化碳和硅酸盐的反应从大气中去除，从而避免了像金星上发生的那样失控的温室效应的可能性。

地球上大约一半的重元素原子(比铁重)是由所谓的“r过程”——快速中子俘获过程产生的。当重原子核在原子核有机会衰变(通常通过β衰变)之前捕获一系列自由中子时，就会发生r过程。

由于自由中子密度足够高(计算约为每立方厘米10 24 个)，并且在大约 10 亿开尔文的高温下，中子被吸收，并合成了较重的元素同位素。

埃利斯和他的同事计算出，r过程提供了地球上96%丰度的127 I(一种人类生命必需的同位素)，以及地壳中大部分丰度的溴和钆，以及地球上所有的钍。和铀以及一小部分钼和镉。

r过程发生在哪里?一种可能性是核心塌缩超新星反弹时喷射出的物质，即恒星在热核寿命即将结束时的爆炸。但这一过程的详细物理原理长期存在不确定性。

r过程确实发生的一种现象是两颗中子星的合并，称为千新星。这种合并是由引力波直接引起的。

当双星对在数亿年的时间里相互螺旋运动时，它们在接近末端时以引力波的形式辐射出大量的能量。事实上，正是这样的事件产生了2017年美国LIGO和Virga引力波天文台探测到的引力波事件GW170817。能量的数量可能是巨大的——在最后几毫秒内产生数万亿瓦特。

千新星爆发是 r 过程的重要场所，因为中子星几乎完全由中子构成。除了引力波天文台之外，其他探测器也在电磁波谱中检测到了 GW170817 ，并发现了合并中产生和抛出的物质的光谱证据。

该论文的结论是，人类生命必需的碘“可能是由引力波发射引起的中子星碰撞中的r过程产生的，以及其他必需的重元素。”该小组建议在未受人造污染的月球风化层中寻找129 I。

埃利斯说：“中子星碰撞的发生是因为双星系统通过发射引力波而损失能量，因此这些基本物理现象可能使人类生命成为可能。”

他们的论文“我们的存在归功于引力波吗?”可在arXiv预印本服务器上获取。