การมีอยู่ของมนุษยชาติอาจต้องขึ้นอยู่กับคลื่นความโน้มถ่วง
งานวิจัยชิ้นหนึ่งถามว่า เป็นไปได้หรือไม่ที่การปรากฏของมนุษยชาตินั้นต้องพึ่งพาคลื่นความโน้มถ่วง เมื่อธาตุที่สำคัญบางส่วนในองค์ประกอบทางชีววิทยาของเรา อาจจะมาจากเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากเปล่งคลื่นความโน้มถ่วงออกมา
ตราบเท่าที่เรารู้ ชีวิตต้องการธาตุเพียงไม่กี่ชนิด เช่น ไฮโดรเจน, คาร์บอน, ออกซิเจน, ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส โดยกำมะถันอีกเล็กน้อย สิ่งมีชีวิตรูปแบบง่ายๆ บางส่วนก็ดูจะมีชีวิตได้โดยใช้ธาตุเพียงแค่เท่านี้ ไฮโดรเจนนั้นก่อตัวขึ้นบิ๊กแบง ส่วนอีกสามชนิดต่อมาก็เป็นผลิตผลจากการหลอมฮีเลียมในดาวฤกษ์ปกติ ส่วนฟอสฟอรัสที่ถูกพบในซากซุปเปอร์โนวา คาสสิโอเปีย เอ(Cassiopeia A) ก็ช่วยยืนยันความมั่นใจของนักดาราศาสตร์ได้
ซุปเปอร์โนวาซึ่งเป็นการระเบิดของดาวที่หมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และยุบตัวลง ยังสร้างกำมะถัน เช่นเดียวกับที่สร้างคาร์บอนและออกซิเจนอีกจำนวนมาก และอีกหลายธาตุ(ธาตุที่มีเลขอะตอมต่ำกว่า 35 นั้นถูกสร้างในซุปเปอร์โนวา) และกระจายธาตุทั้งหมดนี้ออกโดยกว้างขวาง
แต่มนุษย์ซึ่งเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ก็ยังต้องการธาตุอื่นๆ ที่มีในจำนวนเล็กน้อยอีกมากมาย(มีธาตุราว 20 ชนิดที่จำเป็นต่อชีวิตมนุษย์) เพื่อสร้างฟัน, กระดูก และอวัยวะ
ลำดับเหตการณ์การควบรวมของดาวนิวตรอน
ผู้เขียนรายงานฉบับใหม่ที่นำเสนอต่อ Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS) และยังไม่ผ่านพิชญพิจารณ์ บอกว่า มีธาตุสองชนิดที่ต้องใช้มากกว่าซุปเปอร์โนวาเพื่อสร้างพวกมันขึ้นมา โดยกลับเป็นต้องขอบคุณกระบวนการนิวเคลียร์ชนิดที่จำเพาะที่เกิดขึ้นเมื่อดาวนิวตรอนสองดวงชนกันแล้วสร้างกิโลโนวา(kilonova) ขึ้นมา
ในเหตุการณ์ลักษณะนี้ คู่ดาวนิวตรอนที่หมุนวนเข้าหากันและกันและชนกัน เนื่องจากเปล่งพลังงานออกมาในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง นี่อาจจะเป็นเส้นทางที่ตรงไปตรงมาจากการมีคลื่นความโน้มถ่วงสู่การปรากฏของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ไอโอดีน(iodine) ซึ่งเป็นองค์ประกอบในฮอร์โมนสำคัญที่ต่อมไทรอยด์สร้างขึ้นเพื่อกำกับกระบวนการเมตาบอลิซึม และโบรมีน(bromine) ซึ่งใช้เพื่อสร้างคอลลาเจนที่ค้ำจุนเนื้อเยื่อและโครงสร้าง ส่วน ธอเรียม(thorium) และยูเรเนียม(uranium) มีความสำคัญในทางอ้อมต่อชีวิตมนุษย์ เมื่อธาตุที่เป็นกัมมันตภาพรังสีเหล่านี้เกิดการสลายตัวภายในแกนกลางโลก ทำให้ชั้นหินร้อนขึ้นและขับดันกิจกรรมการแปรสัณฐาน(tectonic activity)
การเคลื่อนที่ของแผ่นแปรสัณฐานได้กำจัดคาร์บอนออกจากเปลือกโลกและฝังมันไว้ ซึ่งคาร์บอนเองจะถูกดึงออกจากชั้นบรรยากาศผ่านปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับคาร์บอนไดออกไซด์และซิลิเกต ป้องกันไม่ให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกแบบกู่ไม่กลับ(runaway greenhouse effect) อย่างที่เกิดขึ้นบนดาวศุกร์
rapid neutron capture process(r-process)
มีธาตุหนัก(ธาตุที่หนักกว่าเหล็ก) บนโลกราวครึ่งหนึ่งที่ถูกสร้างจากกระบวนการที่เรีกยว่า r-process(rapid neutron capture process) กระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสอะตอมธาตุหนักจับนิวตรอนอิสระจำนวนมากได้ก่อนที่นิวเคลียสจะมีโอกาสสลายตัว(โดยปกติ เป็นการสลายตัวให้รังสีเบตา; beta decay) เมื่อมีนิวตรอนอิสระจำนวนมากพอคำนวณว่าราว 10^24 ต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และมีอุณหภูมิที่สูงราว 1 พันล้านเคลวิน นิวตรอนจะถูกดูดซับและธาตุจะสังเคราะห์ไอโซโทปธาตุแบบหนักกว่าขึ้นมา
ทีมวิจัยที่นำโดย John R. Ellis จากคิงส์คอลเลจ ลอนดอน คำนวณพบว่า r-process สร้างไอโอดีน(I-127) ในสัดส่วนถึง 96% ของที่พบบนโลก และโบรมีนและกาโดลิเนียม(gadolinium) เกือบทั้งหมดที่พบบนเปลือกโลก รวมกับธอเรียมและยูเรเนียมทั้งหมดบนโลก และยังมีโมลิบดีนัม(molybdenum; ซึ่งสัตว์และพืชเพื่อขนส่งอะตอมออกซิเจน) และแคดเมียม(cadmium) อีกส่วนหนึ่ง
แล้ว r-process เกิดขึ้นได้ที่ไหน ความเป็นไปได้หนึ่งก็คือ วัสดุสารที่ถูกผลักในระหว่างช่วงกระดอนกลับจากซุปเปอร์โนวาแบบแกนกลางยุบตัว แต่ก็ยังมีความไม่แน่ชัดเกี่ยวกับฟิสิกส์รายละเอียดในกระบวนการนี้ อีกปรากฏการณ์หนึ่งที่เกิด r-process ขึ้น ก็คือ กิโลโนวาการควบรวมลักษณะนี้เกิดขึ้นโดยตรงจากคลื่นความโน้มถ่วง
กิโลโนวาเป็นแหล่งสำคัญในการเกิด r-process เมื่อดาวนิวตรอนนั้นประกอบด้วยนิวตรอนเกือบล้วนๆ ซึ่งยืนยันได้จากเหตุการณ์คลื่นโน้มถ่วง GW 170817 ที่ตรวจพบในปี 2017 โดย LIGO และ Virgo ปริมาณพลังงานนั้นมหาศาล ในระดับหลายล้านล้านล้านล้านวัตต์ในช่วงไม่กี่มิลลิวินาทีท้ายๆ ของเหตุการณ์ นอกเหนือจากหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง ยังมีกล้องอื่นในช่วงแม่เหล็กไฟฟ้าได้ตรวจสอบ GW 170817 และพบหลักฐานวัสดุสารที่สร้างและสูญหายจากการควบรวม
เหตุการณืการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในวันที่ 17 สิงหาคม 2017(GW170817) จากาแลคซรแห่งหนึ่ง ในเวลาเดียวกันก็ได้สำรวจพบการเปล่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากพื้นที่เดียวกัน ซึ่งเรียกว่า การเปล่งคลื่นคู่ขนาน(counterpart) กับคลืนความโน้มถ่วง เป้นการเริ่มยุคแห่งดาราศาสตร์ผู้นำสารหลายทาง(multi messenger astronomy) และยืนยันว่าการควบรวมของดาวนิวตรอนเป็นแหล่งสร้างธาตุหนักในเอกภพ
รายงานสรุปว่าไอโอดีนที่จำเป็นต่อชีวิตมนุษย์นั้นอาจจะถูกสร้างโดย r-process จากการชนกันของดาวนิวตรอน ซึ่งเหนี่ยวนำการชนโดยการเปล่งคลื่นความโน้มถ่วง นอกจากนี้ยังสร้างธาตุหนักที่จำเป็นอื่นๆ ขึ้นมาด้วย
ถ้าไม่เกิดคลื่นความโน้มถ่วงขึ้นมา กิโลโนวาก็น่าจะพบได้ยากมากๆ โดยมีโอกาสเกิดขึ้นหนึ่งครั้งเท่านั้นตลอดชีวิตของทางช้างเผือกในเอกภพที่ปราศจากคลื่นความโน้มถ่วงภายใน การทดสอบแนวคิดนี้ ทีมเสนอให้สำรวจหาไอโอดีน-129 ในดินฝุ่น(regolith) ดวงจันทร์ซึ่งไม่ถูกปนเปื้อนโดยแหล่งจากน้ำมือมนุษย์
Ellis กล่าวว่า การชนกันของดาวนิวตรอนเกิดขึ้นเนื่องจากระบบคู่สูญเสียพลังงาน(การโคจร) เนื่องจากการเปล่งคลื่นความโน้มถ่วง ดังนั้น ปรากฏการณ์ประหลาดทางกายภาพพื้นฐานเหล่านี้ก็อาจทำให้ชีวิตมนุษย์ เกิดขึ้นได้ รายงาน Do we own our existence to gravitational waves? เผยแพร่ออนไลน์บนเวบก่อนตีพิมพ์ arXiv
แหล่งข่าว phys.org : gravitational waves may have made human life possible
iflscience.com : to make a human, you probably first need a gravitational wave
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
