Gravitationswellen könnten mit der Existenz von Leben auf der Erde in Verbindung stehen, sagen britische Wissenschaftler

Eine Gruppe britischer Forscher behauptet, dass die auf der Erde vorkommenden und für das Leben wichtigen Moleküle ihren Ursprung in Phänomenen im Zusammenhang mit Gravitationswellen haben.

Darstellung der Kollision von Sternen, die Gravitationswellen erzeugen
Neutronensternkollisionen sind wichtig für die Herstellung von Elementen, die für das menschliche Leben wichtig sind.

Eine der größten Entdeckungen dieses Jahrhunderts war die Beobachtung von Gravitationswellen durch das LIGO-Observatorium im Jahr 2015. Die Entdeckung war ein Meilenstein in der Geschichte der Astronomie und Wissenschaft und brachte dem Leiter des Projekts, dem Physiker Kip Thorne, den Nobelpreis ein. Diese Phänomene bieten eine weitere Möglichkeit, das Universum zu beobachten.

Die Idee der Gravitationswellen gibt es, seit Albert Einstein die allgemeine Relativitätstheorie eingeführt hat, nach der Masse die Raumzeit verzerrt. Alles, was Masse hat, kann Gravitationswellen erzeugen, aber das Interesse gilt kompakten Objekten, die Wellen erzeugen können, die stark genug sind, um beobachtet zu werden. Diese kompakten Objekte wären Schwarze Löcher und Neutronensterne.

Eine Gruppe von Forschern des Kings College London hat ein Papier vorgelegt, in dem sie behaupten, dassGravitationswellen mit unserer Existenz in Verbindung stehen. In dem Papier untersuchen sie die Prozesse, die Moleküle bilden, die mit dem Leben auf der Erde verbunden sind. Diese Moleküle würden durch die Kollision von Neutronensternen gebildet, die mit Gravitationswellen verbunden sind.

Gravitationswellen

Nach der allgemeinen Relativitätstheorie verzerrt Masse die Raumzeit und verursacht das, was wir als Gravitationsfeld kennen. Wenn ein Objekt mit Masse durch die Raumzeit beschleunigt wird, werden Gravitationswellen ausgesandt. Die Analogie wäre wie ein Stein, der in einen See mit stehendem Wasser geworfen wird und dessen Wellen sich in alle Richtungen ausbreiten.

So können sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit im gesamten Universum ausbreiten. Die Beobachtung dieser Phänomene ist eine Herausforderung, die Laserinterferometer erfordert, die Veränderungen auf atomarer Ebene messen können. Im Jahr 2015 wurden zum ersten Mal in der Geschichte Gravitationswellen beobachtet, wofür er den Nobelpreis für Physik erhielt.

Neutronensterne

Obwohl die ersten Beobachtungen bei Kollisionen mit Schwarzen Löchern gemacht wurden, sind auch Neutronensterne Quellen von Gravitationswellen. Kompakte Objekte sind hervorragende Quellen für Gravitationswellen, weil die Verzerrungen extremer sind. Häufig werden diese Gravitationswellen von so genannten Neutronen-Doppelsternen ausgesandt.

Im Jahr 2017 beobachtete LIGO die ersten Gravitationswellen, die mit einem binären Neutronenstern in Verbindung gebracht wurden.

Neutronensterne sind die Überreste von massereichen Sternen, die das Ende ihres Lebens erreicht haben. Diese Objekte sind so dicht, dass Elektronen und Protonen komprimiert werden und Neutronen bilden. Neutronensterne sind typischerweise ein paar Kilometer groß, haben aber eine ähnliche Masse wie die Sonne.

Wie hängen Neutronensterne mit dem Leben zusammen?

Im Periodensystem sind viele Elemente mit dem Leben von Sternen verbunden, wie in der Hauptreihe, die Helium, Stickstoff und Sauerstoff produziert. Andere Elemente werden mit der Supernova in Verbindung gebracht, die das Ende des Lebens eines Sterns markiert. Andere werden mit Kollisionen von Neutronensternen in Verbindung gebracht.

Periodensystem mit dem Ursprung der einzelnen Elemente
Bei den meisten Elementen im Periodensystem ist die Entstehung mit einem astronomischen Phänomen verbunden. Kredit: NASA.

Aber zwei Elemente stechen durch ihre Bedeutung für biologische Prozesse hervor: Jod ist an der Produktion von Hormonen durch die Schilddrüse beteiligt und Brom ist an der Produktion von Kollagen beteiligt. Beide biologischen Prozesse sind wichtig für die Aufrechterhaltung des menschlichen Lebens und sind der Schlüssel zur Gesundheit.

Andere Elemente, wie das Uran selbst, haben eine etwas indirektere Beziehung zum menschlichen Leben. Uran spielt eine wichtige Rolle bei der Bewohnbarkeit des Planeten Erde in Verbindung mit der tektonischen Aktivität. Mit anderen Worten, es ist indirekt mit der Aufrechterhaltung des Klimas auf der Erde verbunden.

Was ist mit Gravitationswellen?

Die Elemente entstehen bei der Kollision von Neutronensternen, die bei der spiralförmigen Annäherung zweier solcher Objekte stattfindet. Nach dem Prinzip der Energieerhaltung müssten die Objekte unendlich lange umeinander kreisen, wenn es während der Entwicklung keinen Energieverlust gibt. Und genau hier sind die Gravitationswellen wichtig.

Wenn Neutronensterne ihre Bahnen ziehen, geht ein Teil der Energie in Form von Gravitationswellen verloren. Da sie Energie verlieren, beginnen die Sterne, sich in immer kleinere Bahnen zu bewegen und rücken näher zusammen. Schließlich kollidieren die Sterne und erzeugen die für das Leben notwendigen Elemente. Das Endergebnis ist möglicherweise ein Schwarzes Loch.

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

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