Les ondes gravitationnelles pourraient être liées à l'existence de la vie sur Terre !

L'observation des ondes gravitationnelles par l'observatoire LIGO en 2015 est l'une des plus grandes découvertes de ce siècle. Cette découverte a marqué l'histoire de l'astronomie et de la science et a valu le prix Nobel au physicien Kip Thorne. Ces phénomènes constituent une nouvelle façon d'observer l'Univers.

L'idée des ondes gravitationnelles existe depuis qu'Albert Einstein a introduit la relativité générale, selon laquelle la masse déforme l'espace-temps. Tout ce qui a une masse peut générer des ondes gravitationnelles, mais l'intérêt réside dans les objets compacts qui pourraient produire des ondes suffisamment intenses pour être observées. Ces objets compacts sont les trous noirs et les étoiles à neutrons.

Un groupe de chercheurs du Kings College de Londres a soumis un article soutenant que les ondes gravitationnelles sont associées à notre existence. Dans cet article, ils étudient les processus qui forment les molécules associées à la vie sur Terre. Ces molécules seraient formées par la collision d'étoiles à neutrons qui sont liées aux ondes gravitationnelles.

Ondes gravitationnelles

Selon la relativité générale, la masse déforme l'espace-temps et provoque ce que nous appelons un champ gravitationnel. Lorsqu'un objet de masse accélère dans l'espace-temps, des ondes gravitationnelles sont émises. L'analogie serait celle d'une pierre jetée dans un étang à l'eau calme et dont les ondes se propageraient dans toutes les directions.

Les ondes gravitationnelles peuvent ainsi se propager dans l'Univers à la vitesse de la lumière. L'observation de ces phénomènes est un défi qui nécessite des interféromètres laser capables de mesurer des variations à l'échelle atomique. En 2015, les ondes gravitationnelles ont été observées pour la première fois dans l'histoire, ce qui a valu à cette découverte le prix Nobel de physique.

Étoiles à neutrons

Bien que les premières observations aient porté sur les collisions de trous noirs, les étoiles à neutrons sont également des sources d'ondes gravitationnelles. Les objets compacts sont d'excellentes sources d'ondes gravitationnelles car les distorsions sont plus extrêmes. Ces ondes gravitationnelles sont souvent émises dans ce que l'on appelle les binaires d'étoiles à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont les vestiges d'étoiles massives en fin de vie. Ces objets sont extrêmement denses, au point que les électrons et les protons sont pressés ensemble pour former des neutrons. En général, les étoiles à neutrons ont un diamètre de quelques kilomètres et une masse similaire à celle du Soleil.

Quel est le lien entre les étoiles à neutrons et la vie ?

Dans le tableau périodique, de nombreux éléments sont associés à la vie des étoiles, comme la séquence principale qui produit de l'hélium, de l'azote et de l'oxygène. D'autres éléments sont associés aux supernovae, qui mettent fin à la vie d'une étoile. D'autres encore sont associés à la collision d'étoiles à neutrons.

Mais deux éléments se distinguent par leur importance pour les processus biologiques. L'iode est lié à la production d'hormones par la thyroïde et le brome est associé à la production de collagène. Ces deux processus biologiques sont importants pour le maintien de la vie humaine et sont la clé d'une bonne santé.

D'autres éléments, comme l'uranium lui-même, ont une relation un peu plus indirecte avec la vie humaine. L'uranium joue un rôle important dans l'habitabilité de la planète Terre associée à l'activité tectonique. En d'autres termes, il est indirectement lié au maintien du climat de la Terre.

Qu'en est-il des ondes gravitationnelles ?

Les éléments sont produits lors de la collision d'étoiles à neutrons qui se produit lorsque deux de ces objets se rapprochent en spirale l'un de l'autre. Selon le principe de la conservation de l'énergie, les objets devraient orbiter indéfiniment s'il n'y a pas de perte d'énergie au cours de l'évolution. C'est là que les ondes gravitationnelles jouent un rôle important.

Lorsque les étoiles à neutrons sont en orbite, elles perdent de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles. À mesure qu'elles perdent de l'énergie, les étoiles commencent à tourner en spirale sur des orbites de plus en plus petites et à se rapprocher les unes des autres. Finalement, les étoiles entrent en collision, produisant les éléments essentiels à la vie. Le résultat final est probablement un trou noir.

Référence :

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