En particulier, l'iode et le brome se trouvent sur Terre grâce à un processus nucléaire particulier qui se produit lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision. À leur tour, des paires d’étoiles à neutrons en orbite s’inspirent et entrent en collision en raison de leurs émissions d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. Il pourrait donc y avoir un chemin direct entre l'existence des ondes gravitationnelles et l'existence des mammifères.

Les humains sont principalement constitués d’hydrogène, de carbone et d’oxygène, ainsi que de nombreux oligo-éléments supplémentaires. (Il existe 20 éléments essentiels à la vie humaine.) Ceux dont le numéro atomique est inférieur à 35 sont produits dans des supernovae, des implosions d'étoiles qui ont épuisé leur combustible nucléaire et se sont effondrées vers l'intérieur. L'effondrement entraîne une explosion qui projette leurs atomes partout dans l'univers.

Mais deux éléments sont fournis par d'autres moyens :l'iode, nécessaire aux hormones clés produites par la thyroïde, et le brome, utilisé pour créer des structures de collagène dans le développement et l'architecture des tissus.

Le thorium et l'uranium ont été indirectement importants pour la vie humaine, car leur désintégration radioactive à l'intérieur de la Terre réchauffe la lithosphère et permet une activité tectonique. Le mouvement des plaques tectoniques élimine et submerge le carbone de la croûte de la planète, qui est elle-même éliminée de l'atmosphère via la réaction de l'eau avec le dioxyde de carbone et les silicates, évitant ainsi la possibilité d'un effet de serre incontrôlable comme cela s'est produit sur Vénus.

Environ la moitié des atomes élémentaires lourds sur Terre (plus lourds que le fer) sont produits par ce que l'on appelle le « processus r », le processus rapide de capture de neutrons. Le processus R se produit lorsqu'un noyau atomique lourd capture une succession de neutrons libres avant que le noyau n'ait eu la chance de se désintégrer (généralement par désintégration bêta).

Avec une densité de neutrons libres suffisamment élevée, calculée à environ 10 ²⁴ par centimètre cube et à des températures élevées, autour d'un milliard de Kelvin, les neutrons sont absorbés et les isotopes plus lourds d'un élément sont synthétisés.

Ellis et ses collègues calculent que le processus R a fourni 96 % de l'abondance de ¹²⁷ Je suis sur Terre, un isotope essentiel à la vie humaine, et la majeure partie de l'abondance de brome et de gadolinium dans la croûte terrestre, plus tout le thorium et l'uranium de la Terre et une fraction du molybdène et du cadmium.

Où se produit le processus R ? Une possibilité est la matière éjectée lors du rebond d’une supernova avec effondrement du cœur, les explosions d’étoiles proches de la fin de leur durée de vie thermonucléaire. Mais il existe depuis longtemps une incertitude quant à la physique détaillée de ce processus.

Un phénomène dans lequel le processus r se produit est la fusion de deux étoiles à neutrons, appelée kilonova. De telles fusions sont directement causées par les ondes gravitationnelles.

Alors que les paires binaires tournent l’une vers l’autre pendant des centaines de millions d’années, elles rayonnent une énorme quantité d’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles vers la fin. En fait, c’est précisément un tel événement qui a produit l’événement d’onde gravitationnelle GW170817 détecté en 2017 dans les observatoires d’ondes gravitationnelles LIGO et Virga aux États-Unis. La quantité d'énergie peut être énorme :des milliards de milliards de watts au cours des dernières millisecondes.

Les explosions de Kilonovae sont des sites importants du processus r, car les étoiles à neutrons sont presque entièrement constituées de neutrons. Outre les observatoires d'ondes gravitationnelles, d'autres détecteurs ont détecté GW170817 dans le spectre électromagnétique et ont trouvé des preuves spectroscopiques du matériau créé et rejeté lors de la fusion.

L'article conclut que l'iode essentiel à la vie humaine a été "probablement produit par le processus r lors des collisions d'étoiles à neutrons induites par les émissions d'ondes gravitationnelles, ainsi que d'autres éléments lourds essentiels". Le groupe suggère de rechercher ¹²⁹ Je suis dans le régolithe lunaire, qui n'est pas contaminé par des sources artificielles.

"Les collisions d'étoiles à neutrons se produisent parce que les systèmes binaires perdent de l'énergie en émettant des ondes gravitationnelles", a déclaré Ellis, "donc ces phénomènes physiques fondamentaux pourraient avoir rendu la vie humaine possible."

Leur article, « Doissons-nous notre existence aux ondes gravitationnelles ? », est disponible sur arXiv. serveur de préimpression.