Las ondas gravitacionales pueden estar relacionadas con la existencia de vida en la Tierra

Uno de los mayores descubrimientos de este siglo fue la observación de ondas gravitacionales por parte del observatorio LIGO en 2015. El descubrimiento supuso un hito en la historia de la Astronomía y la Ciencia, mereciendo el Premio Nobel para el responsable del proyecto, el físico Kip Thorne. Estos fenómenos proporcionan otra forma más de observar el universo.

La idea de las ondas gravitacionales existe desde que Albert Einstein introdujo la relatividad general, donde la masa distorsiona el espacio-tiempo. Todo lo que tiene masa puede generar ondas gravitacionales, pero el interés está en los objetos compactos que puedan producir ondas lo suficientemente intensas como para ser observadas. Estos objetos compactos serían agujeros negros y estrellas de neutrones.

Un grupo de investigadores del Kings College de Londres presentó un artículo argumentando que las ondas gravitacionales estarían asociadas a nuestra existencia. En el artículo, estudian los procesos que forman moléculas asociadas con la vida en la Tierra. Estas moléculas se formarían mediante la colisión de estrellas de neutrones que están relacionadas con ondas gravitacionales.

Ondas gravitacionales

Según la relatividad general, la masa distorsiona el espacio-tiempo provocando lo que conocemos como campo gravitacional. Cuando un objeto con masa acelera a través del espacio-tiempo, se emiten ondas gravitacionales. La analogía sería como una piedra siendo arrojada a un lago con agua estancada y olas que se propagan en todas direcciones.

De esta forma, las ondas gravitacionales son capaces de propagarse por todo el universo a la velocidad de la luz. Observar estos fenómenos es un desafío que requiere interferómetros láser que puedan medir variaciones a escalas atómicas. En 2015, se observaron ondas gravitacionales por primera vez en la historia, lo que le valió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento.

Estrellas de neutrones

Aunque las primeras observaciones fueron de colisiones de agujeros negros, las estrellas de neutrones también son fuentes de ondas gravitacionales. Los objetos compactos son excelentes fuentes de ondas gravitacionales ya que las distorsiones son más extremas. A menudo, estas ondas gravitacionales se emiten en las llamadas estrellas binarias de neutrones.

Las estrellas de neutrones son restos de estrellas masivas que han llegado al final de su vida. Estos objetos son extremadamente densos hasta el punto de que los electrones y los protones se comprimen y forman neutrones. Generalmente, las estrellas de neutrones tienen unos pocos kilómetros de diámetro pero tienen una masa similar a la masa del Sol.

¿Cómo se relacionan las estrellas de neutrones con la vida?

En la tabla periódica, muchos elementos están asociados con la vida de las estrellas como en la secuencia principal, que produce helio, nitrógeno y oxígeno. Otros elementos están asociados con la supernova que supone el final de la vida de una estrella. Otros están asociados con colisiones de estrellas de neutrones.

Pero dos elementos llaman la atención por su importancia para los procesos biológicos: el yodo está relacionado con la producción de hormonas por parte de la tiroides y el bromo está asociado con la producción de colágeno. Ambos procesos biológicos son importantes para el mantenimiento de la vida humana y son clave para la salud.

Otros elementos, como el propio uranio, tienen una relación un poco más indirecta con la vida humana. El uranio juega un papel importante en la habitabilidad del planeta Tierra asociado a la actividad tectónica. En otras palabras, está indirectamente relacionado con el mantenimiento del clima de la Tierra.

¿Qué pasa con las ondas gravitacionales?

Los elementos se producen en la colisión de estrellas de neutrones que se produce cuando dos de estos objetos giran en espiral uno hacia el otro. En la conservación de la energía, los objetos deberían orbitar indefinidamente si no se produce una pérdida de energía durante la evolución. Y aquí es donde las ondas gravitacionales son importantes.

A medida que las estrellas de neutrones orbitan, parte de la energía se pierde en forma de ondas gravitacionales. A medida que pierden energía, las estrellas comienzan a girar en espiral hacia órbitas cada vez más pequeñas y a acercarse. Al final, las estrellas chocan produciendo los elementos esenciales para la vida. El resultado final es posiblemente un agujero negro.

Referencia de la noticia:
Ellis et al. 2024 Do we Owe our Existence to Gravitational Waves? arXiv.