Le stelle nane rosse sono diventate un importante punto focale per gli studi sugli esopianeti ultimamente, e per una buona ragione. Per cominciare, le stelle di tipo M (nane rosse) sono il tipo più comune nel nostro Universo, rappresentando il 75% delle stelle nella sola Via Lattea. Inoltre, negli ultimi dieci anni, sono stati scoperti numerosi esopianeti terrestri (cioè rocciosi) in orbita attorno a stelle nane rosse, e all'interno delle loro zone abitabili circumstellari ('Zone Riccioli d'Oro') per l'avvio.
Ciò ha naturalmente spinto diversi studi a determinare se i pianeti rocciosi possono conservare o meno le loro atmosfere. Il ultimo studio proviene dalla NASA, utilizzando i dati ottenuti dal Atmosfera di Marte ed evoluzione volatile (MAVEN) orbitante. Dopo aver studiato per anni l'atmosfera di Marte per determinare come e quando è stata rimossa, la missione MAVEN è adatta quando si tratta di misurare la potenziale abitabilità di altri pianeti.
Lo studio è stato condiviso il 13 dicembre 2017, presso il Riunione autunnale dell'Unione geofisica americana a New Orleans, Louisiana. In una presentazione dal titolo ' Abbracciare le discipline per cercare la vita oltre la Terra “, un team di scienziati e ricercatori della NASA dell'Università della California-Riverside e dell'Università del Colorado-Boulder ha spiegato come le intuizioni della missione MAVEN potrebbero essere applicate all'abitabilità dei pianeti rocciosi in orbita attorno ad altre stelle.
Rappresentazione artistica di una tempesta solare che colpisce Marte e rimuove gli ioni dall'atmosfera superiore del pianeta. Crediti: NASA/GSFC
Lanciata il 18 novembre 2013, la missione MAVEN ha stabilito l'orbita attorno a Marte il 22 settembre 2014. Lo scopo di questa missione è stato quello di esplorare l'atmosfera superiore del Pianeta Rosso, la ionosfera e le sue interazioni con il Sole e il vento solare al fine di determinare come e quando l'atmosfera di Marte è passata dall'essere più densa e calda in passato (e quindi in grado di supportare acqua liquida in superficie) a sottile e tenue oggi.
Da novembre 2014, MAVEN misura la perdita atmosferica di Marte utilizzando la sua suite di strumenti scientifici. Dai dati ottenuti, gli scienziati hanno ipotizzato che la maggior parte dell'atmosfera del pianeta sia andata persa nello spazio nel tempo a causa di una combinazione di processi chimici e fisici. E negli ultimi tre anni, l'attività del Sole è aumentata e diminuita, dando a MAVEN l'opportunità di osservare come la perdita atmosferica di Marte sia aumentata e diminuita di conseguenza.
A causa di questo, David Brain – un professore al Laboratorio di Fisica dell'Atmosfera e dello Spazio (LASP) presso la CU Boulder è anche un co-investigatore di MAVEN e i suoi colleghi hanno iniziato a pensare a come queste intuizioni potrebbero essere applicate a un ipotetico pianeta simile a Marte in orbita attorno a una stella nana rossa. Questi pianeti includono Avanti b (l'esopianeta più vicino al nostro Sistema Solare) e il sistema dei sette pianeti di TRAPPISTA-1 .
Come Brain ha spiegato in un recente NASA comunicato stampa :
“La missione MAVEN ci dice che Marte ha perso quantità sostanziali della sua atmosfera nel tempo, modificando l'abitabilità del pianeta. Possiamo usare Marte, un pianeta di cui sappiamo molto, come laboratorio per studiare i pianeti rocciosi al di fuori del nostro sistema solare, di cui non sappiamo ancora molto».
Un tempo, Marte aveva un campo magnetico simile alla Terra, che impediva che la sua atmosfera venisse strappata via. Credito: NASA
Per determinare se questo ipotetico pianeta potesse conservare la sua atmosfera nel tempo, i ricercatori hanno eseguito alcuni calcoli preliminari che presumevano che questo pianeta sarebbe stato posizionato vicino al bordo esterno della zona abitabile della stella (come lo è Marte). Poiché le nane rosse sono più deboli del nostro Sole, il pianeta dovrebbe orbitare molto più vicino alla stella - anche più vicino di quanto Mercurio faccia al nostro Sole - per trovarsi all'interno di questa zona.
Hanno anche considerato come una proporzione maggiore della luce emanata dalle stelle nane rosse si trovi nella lunghezza d'onda dell'ultravioletto. In combinazione con un'orbita ravvicinata, ciò significa che l'ipotetico pianeta sarebbe bombardato da circa 5 volte più radiazioni UV che riceve il vero Marte. Ciò significherebbe anche che i processi responsabili della perdita atmosferica aumenterebbero per questo pianeta.
Sulla base dei dati ottenuti da MAVEN, Brain e colleghi sono stati in grado di stimare come questo aumento delle radiazioni influenzerebbe la perdita atmosferica di Marte. Sulla base dei loro calcoli, hanno scoperto che l'atmosfera del pianeta perderebbe da 3 a 5 volte più particelle cariche attraverso la fuga di ioni, mentre da 5 a 10 volte più particelle neutre andrebbero perse attraverso la fuga fotochimica (dove la radiazione UV rompe le molecole nella parte superiore atmosfera).
Ne risulterebbe anche un'altra forma di perdita atmosferica, dovuta al fatto che più radiazioni UV significano che si creerebbero più particelle cariche. Ciò comporterebbe un processo chiamato 'sputtering', in cui le particelle energetiche vengono accelerate nell'atmosfera e si scontrano con altre molecole, lanciandone alcune nello spazio e facendo schiantare altre contro le particelle vicine.
Per ricevere la stessa quantità di luce stellare che Marte riceve dal nostro Sole, un pianeta in orbita attorno a una nana rossa di tipo M dovrebbe essere posizionato molto più vicino alla sua stella di quanto Mercurio lo sia al Sole. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA
Infine, hanno considerato come l'ipotetico pianeta potrebbe sperimentare la stessa quantità di fuga termica (ovvero fuga di jeans) del vero Marte. Questo processo si verifica solo per molecole più leggere come l'idrogeno, che Marte perde nella parte superiore della sua atmosfera per fuga termica. Sull'“exo-Marte”, invece, la fuga termica aumenterebbe solo se l'aumento della radiazione UV spingesse più idrogeno nell'alta atmosfera.
In conclusione, i ricercatori hanno determinato che orbitare ai margini della zona abitabile di una tranquilla stella di tipo M (invece del nostro Sole) potrebbe accorciare il periodo abitabile di un pianeta simile a Marte di un fattore da 5 a 20 circa. stella di tipo M più attiva, il periodo abitabile potrebbe essere ridotto fino a 1.000 volte. Inoltre, anche l'attività della tempesta solare attorno a una nana rossa, che è migliaia di volte più intensa rispetto al nostro Sole, sarebbe molto limitante.
Tuttavia, lo studio si basa su come un exo-Marte si sposterebbe intorno a una stella di tipo M, che in un certo senso accumula in anticipo le probabilità contro l'abitabilità. Quando si considerano pianeti diversi, che possiedono fattori attenuanti che Marte non possiede, le cose diventano un po' più promettenti. Ad esempio, un pianeta geologicamente più attivo di Marte sarebbe in grado di ricostituire la sua atmosfera a un ritmo maggiore.
Altri fattori includono l'aumento di massa, che consentirebbe al pianeta di trattenere più della sua atmosfera, e la presenza di un campo magnetico per proteggerlo dal vento stellare. Come Bruce Jakosky, ricercatore principale di MAVEN presso l'Università del Colorado (che non era associato a questo studio), rimarcato :
'L'abitabilità è uno dei maggiori argomenti in astronomia e queste stime dimostrano un modo per sfruttare ciò che sappiamo su Marte e sul Sole per aiutare a determinare i fattori che controllano se i pianeti in altri sistemi potrebbero essere adatti alla vita'.
Diversi sondaggi hanno rivelato prove di pianeti rocciosi in orbita attorno a una stella nana rossa, sollevando domande sulla loro abitabilità. Credito: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org).
Nei prossimi anni, astronomi e ricercatori di esopianeti sperano di saperne di più sui pianeti in orbita attorno alle nane rosse vicine. Questi sforzi dovrebbero essere aiutati immensamente grazie allo spiegamento del Telescopio spaziale James Webb , che sarà in grado di condurre rilievi più dettagliati di questi sistemi stellari utilizzando le sue avanzate capacità di imaging a infrarossi.
Questi studi consentiranno agli scienziati di porre vincoli più accurati sugli esopianeti che orbitano attorno a stelle nane rosse, il che consentirà stime migliori su dimensioni, massa e composizioni, tutte cruciali per determinare la potenziale abitabilità.
Altri relatori che hanno preso parte alle presentazioni includevano Giada Arney e Katherine Garcia-Sage del Goddard Space Flight Center della NASA e Stephen Kane dell'Università della California-Riverside. È possibile accedere ai materiali della conferenza stampa andando su NASA Goddard Media Studios .
