El origen de la vida en la Tierra podría estar directamente vinculado a las ondas gravitacionales
Cecilia Pachano
14/04/2024
Imagen: https://www.esquire.com/es/ciencia/a60461422/ondas-gravitacionales/
Las ondas gravitacionales podrían arrojar información vital. No solo sobre el origen del cosmos, si no sobre la existencia misma de los seres humanos y su supervivencia. Al parecer somos polvo cósmico movido a través del espacio-tiempo. Esas ondas constituyen un fuente de información de la que apenas comienzan a obtenerse los primeros datos.
Las ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio-tiempo, son el resultado de eventos cósmicos extremadamente violentos y energéticos. Albert Einstein, en su teoría general de la relatividad de 1916, predijo su existencia. Según las matemáticas de Einstein, los objetos masivos en aceleración, como las estrellas de neutrones o los agujeros negros en órbita, perturbarían el espacio-tiempo. Generando ondas que se propagarían en todas las direcciones alejándose de la fuente.
Portadoras de los secretos del universo
Estas ondas viajan a la velocidad de la luz. Portando información sobre sus orígenes y proporcionando pistas sobre la naturaleza de la gravedad. Los eventos más cataclísmicos producen las ondas gravitacionales más potentes. Como las colisiones de agujeros negros, las supernovas y las colisiones de estrellas de neutrones. Se prevé que otros eventos, como la rotación de estrellas de neutrones no perfectamente esféricas y los restos de la radiación gravitacional del Big Bang, también generen ondas gravitacionales.
Aunque Einstein predijo las ondas gravitacionales en 1916, la primera evidencia de su existencia no llegó hasta 1974. Ese año, los astrónomos Russell Hulse y Joseph Taylor descubrieron un púlsar binario en el Observatorio de Radio de Arecibo en Puerto Rico. Pero no fue sino hasta 2015 cuando Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser detectó físicamente las ondas gravitacionales. Habían sido generadas por la colisión de dos agujeros negros a 1.300 millones de años luz de distancia. A pesar de la violencia de los eventos que generan estas ondas, cuando llegan a la Tierra son increíblemente pequeñas debido a la “rigidez” del espacio.
Secreto de la existencia
En un estudio reciente titulado “¿Debemos nuestra existencia a las ondas gravitacionales?”, tres destacados físicos plantean una hipótesis fascinante. El origen de la vida en la Tierra podría estar directamente vinculado a las ondas gravitacionales. Son John Ellis, del Kings College de Londres y el CERN, junto con Brian Fields, de la Universidad de Illinois, y Rebecca Surman, de Notre Dame. Exploran la idea de que dos elementos pesados cruciales para la biología humana, el yodo y el bromo, podrían haber sido producidos por procesos r astrofísicos en entornos ricos en neutrones.
El yodo es un componente vital de las hormonas tiroideas. Regulan procesos fisiológicos clave como el crecimiento, el desarrollo, la temperatura corporal y el ritmo cardíaco. El bromo, por otro lado, es esencial para el desarrollo y la arquitectura de los tejidos. Las colisiones de estrellas de neutrones, conocidas como kilonovas, se han identificado como fuentes de elementos de proceso, incluyendo el telurio, que es adyacente al yodo en la tabla periódica, y los lantánidos.
Las colisiones de estrellas de neutrones surgen de la pérdida de energía debido a la emisión de ondas gravitacionales de sistemas binarios. Lleva a los investigadores a sugerir que las ondas gravitacionales podrían haber jugado un papel crucial en la creación de la vida humana al producir yodo y bromo. El estudio aún no ha sido revisado. Pero plantea preguntas intrigantes sobre la intersección de la astrofísica y la biología, y cómo los fenómenos cósmicos pueden tener un impacto directo en la vida tal como la conocemos.
Generadas por kilonovas
El cuerpo humano es un mosaico de elementos, desde el ligero hidrógeno hasta el más pesado yodo. Mientras que los elementos más ligeros se originaron en el Big Bang y las supernovas, los elementos más pesados, esenciales para la vida humana, requieren una explicación adicional. El estudio sugiere que estos elementos pesados, como el yodo y el bromo, podrían ser el resultado del proceso r, un proceso de captura rápida de neutrones.
El proceso, que ocurre en entornos ricos en neutrones, permite que los núcleos atómicos acumulen neutrones. Evitando la desintegración radiactiva y aumentando su masa atómica. Las kilonovas, fusiones cataclísmicas de estrellas de neutrones o de una estrella de neutrones y un agujero negro, son un posible lugar para el proceso r. Esos eventos extraordinarios emiten una gran cantidad de luz y radiactividad. También generan ondas gravitacionales, un fenómeno confirmado en la última década.
Los investigadores sugieren que el yodo y el bromo podrían haber llegado a la Tierra primitiva a través de las ondas gravitacionales generadas por las kilonovas. Para probar la teoría, los científicos podrían estudiar la cantidad de yodo radiactivo 129, un posible producto de las kilonovas, en la roca lunar. Si se encuentra una correlación, podría proporcionar pruebas circunstanciales de que el proceso r en las kilonovas produce yodo, lo que sugeriría una respuesta afirmativa a la pregunta planteada en el título del estudio.
NANOGrav
Fondo de las ondas gravitacionales
El universo está lleno de ondas gravitacionales. Son una ventana a misterios cósmicos como la materia oscura y los agujeros negros supermasivos. En junio de 2023 los científicos del Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales (NANOGrav) realizaron las primeras detecciones del fondo de ondas gravitacionales, un logro que tardó 15 años en alcanzarse.
El descubrimiento abrió un nuevo camino para explorar el universo y podría ayudar a llenar algunas de las lagunas del Modelo Estándar. Las ondas gravitacionales son generadas por todo, incluso los humanos, pero sólo podemos detectar las más fuertes. Hasta ahora, sólo se han podido detectar las ondas gravitacionales de longitud de onda corta, producidas justo antes y durante la fusión de los objetos que las crean.
Los científicos de NANOGrav utilizaron púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente, como un telescopio galáctico para detectar ondas gravitacionales de longitud de onda más larga. Al observar la sincronización de los destellos de luz de los púlsares por 15 años, los investigadores pudieron “escuchar” el fondo de ondas gravitacionales.
El descubrimiento reveló que el universo es más ruidoso de lo esperado, con aproximadamente el doble de lo previsto del fondo de ondas gravitacionales. Podría deberse a un mayor número de fusiones de agujeros negros, a deformaciones en el espacio-tiempo llamadas “cuerdas cósmicas” predichas por la Teoría de Cuerdas, o a la posibilidad de que los púlsares no sean tan perfectos como se pensaba. El hallazgo abrió una nueva vía de estudio para los científicos, permitiéndoles investigar los mayores misterios de nuestro universo desde una perspectiva diferente. Con suerte permitirá investigar una física completamente nueva y rellenar algunas de las lagunas del Modelo Estándar.
Llevarlo al laboratorio
En un futuro no muy lejano, podríamos ser capaces de generar ondas gravitacionales en un laboratorio. Esas ondas, que impregnan todo el universo y son emitidas por todo lo que tiene masa o energía, podrían ser creadas en un entorno controlado utilizando luz “retorcida”. Este avance no sólo permitiría un análisis científico en profundidad, también podría abrir oportunidades para aplicaciones prácticas.
Un equipo de investigadores está trabajando en un plan para hacer esto posible, según un preprint publicado en New Scientist. Su propuesta se basa en la teoría de que un rayo láser “retorcido” de alta potencia podría generar ondas gravitacionales de alta frecuencia que podríamos detectar en un laboratorio. La clave de este proceso es la famosa ecuación de Einstein, e=mc2, que establece que la masa produce gravedad y, por lo tanto, la energía también produce gravedad.
Killian Martineau, uno de los autores del preprint, sostiene que las implicaciones de tal avance son enormes. Aunque reconoce que estamos lejos de poder realizar este tipo de análisis detallado y controlado. Las ondas gravitacionales pueden atravesar cualquier cosa sin perder fuerza, a diferencia de las ondas de luz. Significa que podrían permitirnos ver maravillas lejanas. Actualmente ocultas a nuestra vista por cosas que bloquean la luz. Además, podrían tener serias implicaciones para la comunicación, permitiéndonos transmitir mensajes a través de la Tierra con una rapidez increíble. Es un territorio totalmente nuevo y emocionante. Aunque todavía hay mucho por descubrir, el futuro de la investigación de las ondas gravitacionales es prometedor.
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