При наличии всего нескольких необходимых элементов жизнь обязательно найдет путь, но для появления чего-то столь сложного, как мы, могут потребоваться все странности Вселенной.
В статье, опубликованной в препринте, доказывается, что люди обязаны своим существованием гравитационным волнам – и что в чисто ньютоновской Вселенной развитые формы жизни могли бы и не существовать.
Насколько нам известно, для появления жизни необходимо всего несколько элементов: водород, углерод, азот, кислород и фосфор, а сера почти повсеместно распространена. Некоторые простые формы жизни, похоже, обходятся только этими элементами. Первый из них образовался в результате Большого взрыва, а три последующих являются продуктом слияния гелия в процессе жизни обычных звезд. Фосфор был обнаружен в остатке сверхновой Кассиопея А, что подтверждает уверенность астрономов в том, что он, как и многие другие элементы, образуется при взрывах этих звезд. Сверхновые также производят серу и значительно увеличивают содержание углерода и кислорода, широко рассеивая все эти продукты.
Млекопитающие используют не менее двадцати элементов для изготовления своих зубов, костей и органов. Авторы работы, представленной в Proceedings of the National Academy of Sciences – Труды Национальной академии наук (PNAS), отмечают, что для образования двух из таких элементов, как считается, потребовалось не просто сверхновая, а результат r-процесса (быстрый процесс захвата нейтронов), происходящего в килоновых – слияниях нейтронных звезд.
Это наблюдение уже было сделано ранее, но авторы отмечают, что слияния нейтронных звезд являются продуктом гравитационных волн. Вероятность того, что два таких маленьких и редких объекта, как нейтронные звезды, столкнутся друг с другом на просторах Вселенной, исчезающе мала.
Нейтронные звезды – продукт сверхновых, недостаточно больших для образования черных дыр. Когда две звезды с массой 10-25 солнечных масс образуют бинарную систему, каждая из них может стать нейтронной звездой. Если взрыв не будет настолько сильным, чтобы отбросить компаньона, они продолжат вращаться вокруг друг друга.
Именно здесь в дело вступают гравитационные волны. Мощное ускорение, вызванное взаимодействием гравитации двух исключительно плотных объектов, порождает гравитационные волны, которые распространяют энергию. Процесс высвобождает столько энергии, что мы можем обнаружить его на расстоянии миллиардов световых лет. Эта энергия должна откуда-то взяться – а именно из взаимной орбиты нейтронных звезд. Следовательно, орбита размыкается, и пара движется по спирали внутрь, пока не столкнется, породив килоновую, а вместе с ней и все элементы r-процесса.
Без гравитационных волн килоновые были бы гораздо более редкими, чем они есть – вероятность того, что одна из них произойдет за время жизни Млечного Пути во вселенной без наличия гравитационных волн, очень мала. Нет килоновых – нет элементов r-процесса, утверждает профессор Джон Эллис из Королевского колледжа Лондона. Поскольку элементы r-процесса включают йод и бром (оба необходимы человеку), без гравитационных волн, как утверждают авторы, не появились бы и люди.
Эта логическая цепочка может быть оспорена в нескольких местах. Наиболее очевидно, что если бы Земля испытывала дефицит йода и брома, наш эволюционный путь был бы иным, но не исключал бы появления кого-то похожего на нас. Люди зависят от йода, поступающего в щитовидную железу для регулирования обмена веществ, и брома для развития тканей. Однако, учитывая миллионы лет, возможно, животные могли бы эволюционировать, чтобы выполнять аналогичные функции с помощью других элементов.
Такой гипотетический сценарий невозможно доказать или опровергнуть, если только мы не найдем большое количество планет, которые сформировались настолько далеко от любой килоновой, что без сомнения лишены любых элементов r-процесса. Но даже если мы их найдем, пройдет очень, очень много времени, прежде чем мы сможем исследовать их на предмет наличия развитой жизни.
С другой стороны, эти два элемента могут быть не единственными элементами r-процесса, необходимыми для человека. Авторы отмечают, что молибден используется животными и растениями для переноса атомов кислорода, а торий и уран, вероятно, являются причиной тектоники плит – одной из важнейших характеристик Земли.
Двигаясь дальше по цепочке, можно поставить под сомнение связь йода с килоновой. Считается весьма вероятным, что килоновые производят йод, но это еще только предстоит доказать. Более того, некоторые типы сверхновых тоже могут запускать r-процессы, но это пока неточно, и тем более мы не можем определить количество полученного таким образом вещества.
Авторы признают, что эта часть их рассуждений остаются пока только рассуждениями. Кроме того, небольшая часть йода на Земле образуется в результате s-процесса (медленный процесс захвата нейтронов), для которого гравитационные волны не требуются. Авторы подсчитали, что 4 процента йода Земли имеют источник в s-процессе – вполне возможно, этого было бы достаточно для поддержания эволюции млекопитающих.
Но, по крайней мере, частично их идею можно будет проверить в ближайшей перспективе. Если оценка авторов относительно происхождения йода верна, то, по их словам, в материале на поверхности Луны должен присутствовать йод-129. Это то, что мы сможем найти в следующий раз, когда люди ступят на наш спутник. Надеемся, ждать осталось примерно два года.
Такие исследования могут неожиданным образом продвинуть науку. Авторы отмечают, что открытие причастности астероида или кометы к вымиранию нептичьих динозавров стало результатом попыток проверить, была ли виновата близлежащая сверхновая.
Карл Саган в свое время сказал: “Если вы хотите испечь яблочный пирог с нуля, вам нужно сначала создать вселенную”. А если вам нужен пекарь для пирога, то вам понадобится именно эйнштейновская вселенная – но на данном этапе еще слишком рано говорить об этом наверняка.
Препринт доступен на ArXiv.org.
Читайте также: Пригодный для жизни, но негостеприимный мир Арракиса