Credito immagine: John Rowe
La ricerca di pianeti simili alla Terra inizia con la ricerca di stelle simili al Sole. In cima alla lista c'è una stella ragionevolmente vicina chiamata 37 Gem; situato nella costellazione dei Gemelli. All'astronoma Maggie Turnbull è stato chiesto di stilare un breve elenco di trenta stelle candidate che corrispondessero da vicino al nostro Sole su un elenco totale di 2.350 stelle che si trovano entro un centinaio di anni luce da noi. Questo breve elenco, che include 37 gemme, sarà utilizzato dalla missione Terrestrial Planet Finder, che cercherà pianeti abitabili cercando la luce visibile dell'ossigeno o dell'acqua in un pianeta simile alla Terra - un sicuro segno di vita.
La trentasettesima stella più occidentale della costellazione, Gemelli, è una stella giallo-arancio come il nostro sole. La stella si chiama 37 Geminorum, ma per l'astrofisica Margaret Turnbull, la stella è speciale perché offre un caso di studio per considerare quello che potrebbe qualificarsi come un buon candidato per ospitare pianeti abitabili.
Nel costruire la sua lista di stelle che potrebbero supportare pianeti con acqua liquida e ossigeno, deve escludere i soli che sono estremi: o troppo giovani o troppo vecchi, che ruotano troppo velocemente, o che sono abbastanza variabili in luminosità da causare il caos climatico su qualsiasi mondo vicino.
A una distanza di 56,3 anni luce di distanza, la stella 37 Gem deve ancora mostrare segni rivelatori di avere tali pianeti o altri pianeti, ma i futuri telescopi della NASA e dell'Europa stanno cercando di mirare a stelle come 37 Gem poiché potrebbero condividere alcune delle stesse proprietà che hanno reso abitabile il nostro sistema solare. Finora sono stati trovati più di 100 pianeti extrasolari utilizzando telescopi terrestri e le stime per il totale di tali pianeti nella nostra galassia potrebbero ammontare a miliardi di mondi candidati.
Lavorando presso l'Università dell'Arizona a Tucson, a Maggie Turnbull è stato chiesto di stilare una breve lista di trenta candidati stellari che assomigliavano di più ad altri soli in grado di supportare le condizioni affinché la vita fiorisse. Iniziare la sua ricerca tra le stelle a meno di cento anni luce di distanza ha prodotto circa 2.350 stelle da considerare ulteriormente.
La Turnbull ha recentemente presentato i suoi risultati a un gruppo di scienziati del progetto del telescopio spaziale della NASA, il Terrestrial Planet Finder (TPF), che cercherà pianeti abitabili utilizzando la luce visibile con la 'firma' di acqua e/o ossigeno da una Terra- tipo pianeta. Dopo il lancio programmato di TPF intorno al 2013, seguirà il progetto europeo Darwin che coinvolge sei telescopi spaziali.
L'elenco stellare è stato ridotto da un elenco ancora più grande (17.129 stelle entro 450 anni luce, o 140 parsec), che Turnbull e la consulente Jill Tarter del SETI Institute hanno pubblicato per la prima volta sull'Astrophysical Journal. L'elenco divenne noto come Catalogo dei sistemi stellari abitabili nelle vicinanze (o HabCat). Il loro articolo pubblicato ad agosto, intitolato 'Target Selection for SETI: I. A Catalog of Near Habitable Stellar Systems', ha ampliato le precedenti liste di candidati di quasi dieci volte, o un ordine di grandezza.
Per supportare una vita complessa, una stella candidata deve avere il colore, la luminosità e l'età giusti. Se è una stella di mezza età come la nostra, avrà bruciato abbastanza elementi di luce fusibili per produrre metalli più pesanti come il ferro, ma non così vecchi da crollare o così giovani che la vita è solo una lontana prospettiva futura. Sulla base dei frammenti che conosciamo su quanto sia apparsa la vita complessa sulla Terra, la ricerca di Turnbull mira a trovare i 'riccioli d'oro' delle stelle che sembrano 'giusti'.
Allora perché 37 Gem?
37 Geminorum si trova nella parte nord-ovest della costellazione dei Gemelli, dal nome dei Gemelli. Per gli astrofili con un buon telescopio da cortile, 37 Gem è visibile. Nella mitologia greca, i gemelli Gemelli navigarono con Giasone alla ricerca del vello d'oro; durante una tempesta, i gemelli aiutarono a salvare la loro nave ARGO dall'affondamento, e così la costellazione divenne molto apprezzata dai marinai.
La maggior parte delle stelle come Gem 37 sono raggruppate in un piccolo numero di classi spettrali, basate approssimativamente sul colore della luce che emettono. Chiamato Henry Draper Catalog, il compendio delle stelle elenca le classi spettrali in sette ampie categorie, dalle stelle più calde a quelle più fredde. Questi tipi sono designati, in ordine di temperatura decrescente, dalle lettere O, B, A, F, G, K e M. La nomenclatura è radicata in idee obsolete da tempo sull'evoluzione stellare, ma la terminologia rimane. Il nostro sole, classificato su una scala più fine come una tipica nana 'G2V', ha circa 4,5 miliardi di anni. La stella candidata, 37 Gem, è di mezza età simile, ma un po' più vecchia di un miliardo di anni, a 5,5 miliardi di anni.
Gli spettri delle stelle di tipo G come la nostra (e 37 Gem) sono dominati da alcuni elementi chimici, come segnalato dalle loro caratteristiche righe spettrali (o emissioni). Gli elementi di maggior interesse attuale sono i metalli, in particolare per quelle star-signature ricche di ferro, calcio, sodio, magnesio e titanio. In termini astronomici, rispetto alla classificazione del nostro sole come una tipica nana G2V, 37 Gem ha una temperatura superficiale leggermente più calda. Quindi la scelta principale di Turnbull - 37 Gem - è catalogata come una nana G0V, il che significa che è anche una stella nana della sequenza principale giallo-arancio. Poiché le stelle G sono caratterizzate dalla presenza di queste righe metalliche e da deboli spettri di idrogeno, condividono età, massa e luminosità comuni.
Altrimenti, 37 Gem è vicino al nostro gemello solare, o una controparte simile al Gemelli del Sole: 1,1 volte la massa del nostro sole, 1,03 volte il suo diametro e 1,25 volte la sua luminosità.
Le luminosità sono 'forse l'informazione più importante', ha detto Turnbull a Astrobiology Magazine, 'usiamo per determinare l'abitabilità delle stelle vicine' per la vita complessa, perché la luminosità indica in quale fase della vita si trova la stella e che a sua volta determina per quanto tempo la stella rimarrà stabile.
Astrobiology Magazine ha avuto l'opportunità di parlare con Maggie Turnbull allo Steward Observatory di Tucson su come selezionare candidati stellari per l'abitabilità.
Rivista di astrobiologia (AM): La tua recente indagine ha iniziato a guardare a circa 100 anni luce di distanza dal nostro Sole e tutte le stelle verso l'interno da quel raggio, giusto? Quella era la sfera visiva per iniziare la ricerca?
Margaret Turnbull (MT): Ci sono circa 2.350 stelle Hipparcos entro 30 parsec (90 luce
anni), la distanza massima per la missione Terrestrial Planet Finder (TPF). Ci sono circa 5.000 stelle totali entro quella distanza, ma stiamo guardando solo le stelle di Hipparcos, quindi la mia lista di partenza è lunga 2.350 stelle.
SONO: Ti sei mai procurato un telescopio da giardino per vedere 37 Gem?
MT: Dovrebbe essere certamente visibile con un telescopio da cortile, ma no, non l'ho guardato con i miei occhi! A causa della fotometria (misurazione della sua luminosità) e spettroscopia (misurazione della sua composizione) che ho guardato, mi sembra di “conoscerlo” senza averlo mai visto.
Tuttavia, ci sono altre osservazioni da fare per 37 Gem. Ad esempio, abbiamo bisogno di eseguire immagini a infrarossi ad alta risoluzione di questa stella prima di poter dire che dovrebbe essere un bersaglio: se scopriamo che ci sono molti detriti che galleggiano intorno, dovremo toglierli dall'elenco.
SONO: La star, 37 Gem, era molto diversa dal numero due nella lista dei trenta migliori candidati?
MT: In realtà le stelle “migliori” sono tutte molto simili tra loro, e in realtà non ha molto senso cercare di classificarle. 37 Gem sembra essere una delle stelle più vicine che soddisfa anche i criteri ingegneristici, quindi in questo momento sembra un ottimo candidato per la ricerca TPF.
SONO: Giusto per curiosità, quale stella era ufficialmente la numero due della lista?
MT: Quando guarderai solo trenta stelle, è meglio che siano tutte 'numero uno'. Cioè, ogni stella che osserviamo deve essere di interesse primario per la missione, perché non abbiamo tempo da perdere. Siamo ancora in fase di definizione precisa dell'obiettivo primario della missione.
Se l'obiettivo è guardare la gamma di tipi spettrali, allora le stelle superiori possono includere stelle K o M molto vicine, ma se l'obiettivo è guardare 30 delle stelle più simili al Sole, allora stelle come 18 Sco (una stella solare gemello a 14 parsec nella Costellazione dello Scorpione), beta CVn (il 'segugio') o 51 Peg ('Pegaso', il cavallo volante) potrebbero finire per essere le nostre migliori scommesse.
SONO: Ci sono uno o due dati mancanti che aiuterebbero la classificazione ad affinare meglio i candidati migliori?
MT: In questo momento, l'imaging a infrarossi ad alta risoluzione è il dato mancante di cui abbiamo decisamente bisogno. Dobbiamo sapere se queste stelle hanno dischi di detriti polverosi che renderebbero difficile rilevare i pianeti che orbitano lì.
Il Sole ha una notevole quantità di polvere zodiacale perché Giove agita costantemente la cintura degli asteroidi e quando gli asteroidi si scontrano aggiungono polvere al Sistema Solare.
Un livello simile di polvere attorno ad altre stelle potrebbe non rovinare le nostre possibilità di vedere i pianeti, ma vorremmo certamente ridurlo al minimo.
SONO: Quali sono i tuoi piani futuri per la lista stellare a sostegno delle missioni Terrestrial Planet Finder e Darwin?
MT: Non ho ancora presentato la mia lista 'finale' al gruppo di lavoro scientifico TPF il 18 e 19 novembre presso l'Osservatorio navale degli Stati Uniti, durante un incontro con altri che stanno creando le proprie liste.
Ho già presentato la mia metodologia al gruppo, ma ora incontreremo gli ingegneri che ci spiegheranno i vincoli dello strumento e dovremo affinare ulteriormente l'elenco per accogliere i loro criteri.
I loro criteri includeranno cose come: non possono avere una stella compagna entro diversi secondi d'arco anche se la compagna non è una preoccupazione per la stabilità del pianeta, perché la luce extra contaminerà il campo visivo; non può guardare le stelle più deboli di circa la 6a magnitudine; può guardare solo le stelle ad almeno ~60 gradi di distanza dal Sole durante tutto l'anno, ecc.
SONO: Hai pubblicato il tuo primo catalogo di stelle abitabili nell'agosto di quest'anno, e c'è una seconda parte in quella classificazione. Quali sono i piani principali per la Parte II di HabCat?
MT: Jill Tarter ed io abbiamo recentemente presentato un secondo articolo sull'elenco degli obiettivi SETI che apparirà nell'Astrophysical Journal Supplements a dicembre. Questo articolo fornisce un elenco di vecchi ammassi aperti ad alta metallicità, le 100 stelle più vicine indipendentemente dal tipo stellare e circa 250.000 stelle della sequenza principale del catalogo Tycho, che saranno tutte osservate dall'Allen Telescope Array (ATA) ogni volta che un HabCat la stella non è disponibile per l'osservazione.
Il raggio ATA primario sarà puntato dai radioastronomi, che realizzeranno mappe ad altissima risoluzione dei propri obiettivi, mentre allo stesso tempo osserveremo le stelle HabCat (o le stelle dalle nostre liste nel Fascicolo 2) per SETI.
SONO: Infine, le missioni, Kepler e TPF, stanno pianificando i tipi di miglioramenti che porterebbero a rilevare più pianeti delle dimensioni della Terra, non solo giganti gassosi, per una data stella nei loro sondaggi?
MT: Sì. Keplero ci darà un'indicazione di quanto siano comuni i pianeti terrestri osservando migliaia di stelle simili al sole per i 'transiti' - eventi in cui il pianeta passa effettivamente davanti alla stella in cui è in orbita e blocca temporaneamente un po' della luce della stella.
Terrestrial Planet Finder seguirà questo dato in realtà immaginando i pianeti in orbita attorno alle stelle più vicine e dicendoci se questi pianeti hanno atmosfere prendendo gli spettri.
Possiamo cercare acqua, ossigeno e anidride carbonica e, se siamo fortunati, potremmo anche vedere alcune indicazioni dirette di vita sotto forma di una firma della vegetazione o di un forte squilibrio atmosferico, come la presenza simultanea di ossigeno e metano (dovuta alla contemporanea presenza di piante e batteri metanogeni sulla Terra).
Qual è il prossimo
Qualsiasi missione per rilevare e caratterizzare spettroscopicamente i pianeti terrestri attorno ad altre stelle deve essere progettata in modo che possa rilevare diversi tipi di pianeti terrestri con un risultato utile. Tali missioni sono ora in fase di studio: il Terrestrial Planet Finder (TPF) della NASA e Darwin dell'ESA, l'Agenzia spaziale europea. L'obiettivo principale di TPF/Darwin è fornire dati ai biologi e ai chimici atmosferici.
Il concetto di TPF/Darwin si basa sul presupposto che è possibile schermare i pianeti extrasolari per verificarne l'abitabilità spettroscopicamente. Affinché tale ipotesi sia valida, dobbiamo rispondere alle seguenti domande. Cosa rende abitabile un pianeta e come possono essere studiati a distanza? Quali sono i diversi effetti che il biota potrebbe esercitare sugli spettri delle atmosfere planetarie? Quali falsi positivi possiamo aspettarci? Quali possono essere le storie evolutive delle atmosfere? E, soprattutto, quali sono gli indicatori robusti della vita?
TPF/Darwin deve rilevare le stelle vicine alla ricerca di sistemi planetari che includono pianeti di dimensioni terrestri nelle loro zone abitabili (pianeti 'simili alla Terra'). Attraverso la spettroscopia, TPF/Darwin deve determinare se questi pianeti hanno atmosfere e stabilire se sono abitabili.
Anche la missione Kepler è prevista per il lancio in orbita solare nell'ottobre 2006. Kepler è intesa come una missione per determinare la frequenza dei pianeti interni vicino alla zona abitabile di un'ampia gamma di stelle. Keplero osserverà simultaneamente 100.000 stelle nel nostro 'vicinato' galattico, alla ricerca di pianeti delle dimensioni della Terra o più grandi all'interno della 'zona abitabile' attorno a ciascuna stella - la zona non troppo calda, non troppo fredda dove potrebbe esistere acqua liquida su un pianeta.
Per evidenziare la difficoltà di rilevare un pianeta delle dimensioni della Terra in orbita attorno a una stella lontana, il principale investigatore di Kepler, William Borucki della NASA Ames, sottolinea che ci vorrebbero 10.000 Terre per coprire il disco solare. Una stima della NASA dice che Keplero dovrebbe scoprire 50 pianeti terrestri se la maggior parte di quelli trovati ha le dimensioni della Terra, 185 pianeti se la maggior parte è il 30% più grande della Terra e 640 se la maggior parte è 2,2 volte la dimensione della Terra. Inoltre, Keplero dovrebbe trovare quasi 900 pianeti giganti vicini alle loro stelle e circa 30 giganti in orbita a distanze simili a quelle di Giove dalle loro stelle madri.
Poiché la maggior parte dei pianeti giganti gassosi trovati finora orbitano molto più vicini alle loro stelle di quanto Giove non faccia al Sole, Borucki crede che durante la missione di quattro-sei anni, Keplero troverà una grande percentuale di pianeti abbastanza vicini alle stelle. Se ciò si dimostra vero, dice: 'Ci aspettiamo di trovare migliaia di pianeti'.
Utilizzando i metodi attuali, gli astronomi di oggi troverebbero molto difficile rilevare un pianeta delle dimensioni della Terra attorno alla stella 37 Gem. Le analisi passate hanno però escluso alcune scelte. Ad esempio, un pianeta gigante come il nostro Giove o Saturno non orbita intorno a 37 gemme. Questi studi hanno suggerito che non esistono pianeti giganti da un decimo a 10 volte la massa di Giove vicino a 37 Gem (entro 0,1-4 unità astronomiche, o una distanza terra-sole, AU, vedi anche Cummings et al, 1999) . A causa della difficoltà di trovare pianeti deboli vicino a stelle molto più luminose, quasi tutti i pianeti extrasolari trovati finora sono come il nostro Giove: massiccio, probabilmente gassoso, e difficilmente ospiterà condizioni di vita a causa della loro vicinanza a una stella madre .
Ma le condizioni intorno a 37 Gem potrebbero supportare pianeti interni più piccoli come Venere o la Terra. Nessuno sa. Solo i futuri sondaggi avranno la strumentazione in grado di trovare tali pianeti simili alla Terra.
Modelli di stelle come 37 Gem, tuttavia, supportano la possibile esistenza di almeno un'orbita stabile per un pianeta simile alla Terra (con acqua liquida) centrata attorno a una distanza terra-sole (1,12 UA). Un tale presunto pianeta orbiterebbe tra le distanze della Terra e di Marte nel nostro Sistema Solare. Questo pianeta sconosciuto, se può essere rilevato in studi futuri, avrebbe un anno che dura più di 450 giorni, o un periodo orbitale di circa 1,3 anni terrestri.
Poiché la vita generatrice di ossigeno sulla Terra ha impiegato circa due miliardi di anni per affermarsi, le stelle molto più giovani di questo probabilmente non avrebbero avuto tempo sufficiente per consentire alla vita di evolversi verso forme complesse. Dati i miliardi di anni necessari per l'evoluzione della vita sulla terra, gli scienziati potrebbero chiedersi se la vita avrebbe una possibilità in un sistema solare di breve durata. Le stelle più calde e massicce sono sempre state considerate meno propense a ospitare la vita, ma non perché sarebbero troppo calde. I pianeti potrebbero ancora godere di climi temperati, appena più lontani della Terra dal Sole e in orbite più lontane dalla propria stella madre. Il primo problema dell'abitabilità è quello del tempo, non della temperatura. Le stelle più calde tendono a bruciare più velocemente, forse troppo velocemente perché la vita si sviluppi lì.
Fonte originale: Rivista di astrobiologia