Ondas gravitacionais podem estar relacionadas com a existência da vida na Terra

Uma das maiores descobertas desse sécula foi a observação de ondas gravitacionais pelo observatório LIGO em 2015. A descoberta foi um marco na história da Astronomia e da Ciência dando um prêmio Nobel para o responsável pelo projeto, o físico Kip Thorne. Esses fenômenos possibilitam mais uma forma de observar o Universo.

A ideia das ondas gravitacionais vem desde que Albert Einstein introduziu a relatividade geral onde a massa distorce o espaço-tempo. Tudo que tem massa pode gerar ondas gravitacionais mas o interesse está nos objetos compactos que poderiam produzir ondas intensas o suficiente para observação. Esses objetos compactos seriam buracos negros e estrelas de nêutrons.

Um grupo de pesquisadores da Kings College London submeteu um artigo onde argumentam que ondas gravitacionais estariam associadas à nossa existência. No artigo, eles estudam processos que formam moléculas que estão associadas com a vida na Terra. Essas moléculas seriam formadas através de colisão de estrelas de nêutrons que são relacionadas com ondas gravitacionais.

Ondas gravitacionais

Segundo a relatividade geral, massa distorce o espaço-tempo causando o que conhecemos como campo gravitacional. Quando um objeto com massa acelera pelo espaço-tempo, ondas gravitacionais são emitidas. A analogia seria como uma pedra sendo jogada em um lago com água parada e ondas sendo propagadas em todas direções.

Dessa forma, as ondas gravitacionais conseguem se propagar pelo Universo com a velocidade da luz. Observar esses fenômenos é um desafio que exige interferômetros a laser que conseguem medir variações em escalas atômicas. Em 2015, foram observadas ondas gravitacionais pela primeira vez na história rendendo um prêmio Nobel de Física pela descoberta.

Estrelas de nêutrons

Apesar das primeiras observações serem de colisões de buracos negros, as estrelas de nêutrons também são fontes de ondas gravitacionais. Os objetos compactos são fontes excelentes de ondas gravitacionais já que as distorções são mais extremas. Muitas vezes, essas ondas gravitacionais são emitidas nas chamadas binárias de estrelas de nêutrons.

Estrelas de nêutrons são remanescentes de estrelas massivas que chegaram ao final da sua vida. Esses objetos são extremamente densos ao ponto que os elétrons e prótons são pressionados e formam nêutrons. Geralmente, estrelas de nêutrons possuem alguns quilômetros de diâmetro mas uma massa semelhante à massa do Sol.

Como estrelas de nêutrons estão relacionadas com a vida?

Na tabela periódica, muitos elementos estão associados com a vida de estrelas como na sequência principal que há a produção de hélio até nitrogênio e oxigênio. Outros elementos estão associados com a supernova que é o final da vida de uma estrela. Já outros estão associados com colisão de estrelas de nêutrons.

Mas dois elementos chamam a atenção devido à sua importância para processos biológicos. O iodo está relacionado com a produção de hormônios pela tireoide e o bromo associado à produção de colágeno. Ambos processos biológicos são importantes para a manutenção da vida humana e são peças chaves na saúde.

Outros elementos, como o proṕrio urânio, tem uma relação um pouco mais indireta com a vida humana. O urânio tem um papel importante na habitabilidade do planeta Terra associado com a atividade tectônica. Em outras palavras, ele é indiretamente relacionado com a manutenção do clima na Terra.

E as ondas gravitacionais?

Os elementos são produzidos na colisão de estrelas de nêutrons que acontecem quando dois desses objetos espiralam um em direção ao outro. Na conservação de energia, os objetos deveriam orbitar indefinidamente se não ocorrer uma perda de energia durante a evolução. E é nesse ponto que as ondas gravitacionais são importantes.

Enquanto as estrelas de nêutrons orbitam, uma parte da energia é perdida em forma de ondas gravitacionais. Ao perder energia, as estrelas começam a espiralar em órbitas cada vez menores e se aproximam. No final, as estrelas colidem produzindo os elementos essenciais para a vida. O resultado final possivelmente é um buraco negro.

Referência:

Ellis et al. 2024 Do we Owe our Existence to Gravitational Waves? arXiv.