I pianeti rocciosi in orbita attorno alle stelle nane bianche potrebbero essere i luoghi perfetti per cercare la vita
Alcuni telescopi molto potenti vedranno la prima luce nel prossimo futuro. Uno di questi è il tanto atteso James Webb Space Telescope (JWST). Uno dei ruoli di JWST - e anche il ruolo degli altri 'scope imminenti' - è quello di cercare le biofirme nelle atmosfere degli esopianeti. Ora un nuovo studio sta dimostrando che trovare quelle biofirme su esopianeti che orbitano attorno a nane bianche potrebbe darci la nostra migliore possibilità di trovarle.
Il nuovo documento si intitola “ Spettri ad alta risoluzione e biofirme di pianeti simili alla Terra che transitano tra nane bianche .” L'autore principale è Thea Kozakis, dottoranda presso il Carl Sagan Institute della Cornell University. Lo studio è pubblicato su Lettere per riviste astrofisiche .
“Mostriamo quali potrebbero essere le impronte digitali spettrali e cosa possono cercare i prossimi telescopi spaziali e terrestri di grandi dimensioni”.
Thea Kozakis, autrice principale, Cornell University
Le nane bianche sono stelle intriganti, specialmente quando si tratta di cacciare pianeti simili alla Terra. Sebbene siano considerati resti stellari, nel senso che hanno cessato la fusione, continuano a brillare. In effetti, le nane bianche possono rimanere stabili per miliardi di anni dopo che hanno smesso di fondere gli elementi. Per miliardi di anni emettono la loro energia termica immagazzinata, riscaldando i pianeti vicini. Ciò significa che qualsiasi forma di vita sui pianeti che li orbitano ha stabilità e non dovrà affrontarla fiammata mortale o altre circostanze pericolose.
Illustrazione artistica di un ipotetico pianeta extrasolare in orbita attorno a una nana rossa. Le nane rosse sono soggette a flaring intensi e renderebbero difficile la sopravvivenza della vita su qualsiasi esopianeta in orbita ravvicinata. Credito immagine: NASA/ESA/G. Pancetta (STScI)
Anche le nane bianche sono piccole, il che significa che i telescopi non devono fare i conti con un'enorme sfera brillante quando cercano di studiare i pianeti accanto alle nane.
Ora un team di scienziati ha ideato una sorta di kit di strumenti per aiutare i telescopi spaziali e i telescopi terrestri a cercare segni di vita nei pianeti intorno alle nane bianche. Un comunicato stampa lo definisce 'una guida sul campo spettrale per questi mondi rocciosi'.
'Mostriamo quali potrebbero essere le impronte digitali spettrali e cosa possono cercare i prossimi telescopi spaziali e terrestri di grandi dimensioni', ha affermato Thea Kozakis in un comunicato stampa.
Le stelle simili al Sole possono essere così luminose che è difficile rilevare i pianeti che le orbitano. Quando un pianeta transita di fronte alla sua stella, e quando quel transito è tra noi e la stella, le astronavi come Kepler e TESS hanno la possibilità di rilevarli. Ci sono alcuni problemi con il metodo di transito, ma è stato il nostro modo di maggior successo per trovare esopianeti. Ad oggi ci sono migliaia di esopianeti confermati.
'La pubblicazione di questo tipo di guida consente agli osservatori di sapere cosa cercare'.
Thea Kozakis, autrice principale, Cornell University
Una nana bianca presenta le sue sfide quando si tratta di rilevare i pianeti. Sebbene non siano enormi come una stella della sequenza principale, e quindi non così luminose, le loro piccole dimensioni presentano un altro problema. Con una stella madre così piccola, è ancora più difficile vedere il transito di un pianeta in orbita. È anche meno probabile che un pianeta passi tra noi e la piccola stella.
Ma è ancora possibile rilevarli.
Rilevare cose intorno alle nane bianche è uno sviluppo piuttosto nuovo in astronomia. Recentemente, gli astronomi hanno osservato per la prima volta dischi di detriti attorno alle nane bianche. Nel 2015, un team di astronomi trovato almeno un planetesimale disintegrato orbitante una nana bianca. Nel 2019, un altro studio ha presentato prove per pianeti in orbita attorno a una nana bianca. Un altro studio dal 2019 hanno presentato prove che ci sono circa 1 su 10.000 'pianeti giganti rilevabili spettroscopicamente in orbite ravvicinate attorno alle nane bianche'.
Ma non sapremo davvero quanti ce ne sono finché non miglioreremo nel rilevarli. Nel dicembre 2019, gli astronomi hanno trovato un Pianeta delle dimensioni di Nettuno in orbita attorno a una nana bianca , anche se in quel caso il nano stava lentamente distruggendo il pianeta.
Gli astronomi hanno trovato una stella nana bianca che sembra essere circondata da un disco troncato di gas. Il disco è stato probabilmente creato da un pianeta gassoso fatto a pezzi dalla sua gravità. Credito immagine: Università di Warwick.
Gli astronomi troveranno probabilmente sempre più pianeti in orbita attorno a nane bianche. Alcuni di loro saranno simili alla Terra. E quando li troveranno, vorranno sondare l'atmosfera alla ricerca di segni di vita. È qui che entra in gioco il nuovo studio di Kozakis.
'I pianeti rocciosi attorno alle nane bianche sono candidati intriganti da caratterizzare perché i loro ospiti non sono molto più grandi dei pianeti delle dimensioni della Terra', ha affermato Lisa Kaltenegger , professore associato di astronomia al College of Arts and Sciences e direttore del Carl Sagan Institute.
'Speriamo e cerchiamo quel tipo di transito', ha detto Kozakis. “Se osserviamo un transito di quel tipo di pianeta, gli scienziati possono scoprire cosa c'è nella sua atmosfera, fare riferimento a questo documento, abbinarlo alle impronte digitali spettrali e cercare segni di vita. La pubblicazione di questo tipo di guida consente agli osservatori di sapere cosa cercare”.
Questa immagine dello studio mostra alcuni degli spettri nel toolkit. Ciascuno dei sei riquadri presenta spettri per diversi elementi nell'atmosfera di un pianeta e mostra anche come apparirebbe attorno a una nana bianca di età e temperatura diverse. Credito immagine: Kozakis et al, 2020.
Le nane bianche alla fine si raffreddano. Ci vuole molto tempo, ma alla fine diventeranno nane nere e non emetteranno alcun calore. Per tenere conto delle diverse temperature e dei colori delle nane bianche mentre si evolvono, la coppia di ricercatori ha costruito la loro guida agli spettri intorno a tre temperature. Scrivono: 'Per esplorare l'evoluzione del pianeta WD durante il raffreddamento del loro ospite, modelliamo la fotochimica e il clima di tali pianeti utilizzando i modelli spettrali WD descritti in Saumon et al. (2014) per host WD a 6.000, 5.000 e 4.000 K.'
'Volevamo sapere se la luce di una nana bianca - una stella morta da tempo - ci avrebbe permesso di individuare la vita nell'atmosfera di un pianeta se fosse lì', ha detto Kaltenegger. Hanno anche creato modelli spettrali per diverse atmosfere.
Questo studio si concentra sulle biofirme spettrali create da metano, protossido di azoto e ozono. Rilevarli, tuttavia, non è così semplice. Ci sono falsi positivi con cui combattere. Tuttavia, questo studio '... espande i database scientifici per trovare segni spettrali di vita sugli esopianeti ...' come si dice in un comunicato stampa.
Ma ci sono ancora alcune domande generali associate alla vita potenziale sui pianeti in orbita attorno alle nane bianche.
Prima che una stella diventi una nana bianca, attraversa una fase di gigante rossa. La stella perde così tanta massa che non riesce a contenersi e si espande. Il nostro Sole lo attraverserà e, quando si espanderà, consumerà Mercurio, Venere e forse anche la Terra. La vita probabilmente non sarebbe sopravvissuta a questo tumultuoso cambiamento. Quindi potrebbe davvero esserci vita su un pianeta simile alla Terra in orbita attorno a una nana bianca?
Ci sono molte nane bianche, ma potrebbero sostenere la vita? Questa è l'impressione artistica di una stella nana bianca (bruciata) che accumula detriti rocciosi lasciati dal sistema planetario sopravvissuto della stella. È stato osservato da Hubble nell'ammasso stellare delle Iadi. In basso a destra, si può vedere un asteroide cadere verso un disco di polvere simile a Saturno che circonda la stella morta. Credito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)
Nessuno sa. I pianeti possono migrare ed è possibile che un pianeta possa sopravvivere alla transizione della sua stella dalla sequenza principale alla nana bianca. Oppure è anche possibile che la vita possa ricominciare su un pianeta una volta che la sua stella ospite è diventata una nana bianca. Dopotutto, le nane bianche sono molto stabili e longeve.
'Se trovassimo segni di vita su pianeti in orbita sotto la luce di stelle morte da tempo', ha detto Kaltenegger, 'la prossima domanda intrigante sarebbe se la vita è sopravvissuta alla morte della stella o ha ricominciato da capo - una seconda genesi, se vuoi .”
Di più:
- Comunicato stampa: Le stelle morte da tempo possono fornire indizi sulla vita nel cosmo
- Documento di ricerca: Spettri ad alta risoluzione e biofirme di pianeti simili alla Terra che transitano tra nane bianche
- Universo oggi: Trovato pianeta delle dimensioni di Nettuno in orbita attorno a una nana bianca morta. Ecco la parte pazza, il pianeta è 4 volte più grande della stella