Nonostante le migliaia di esopianeti che sono stati scoperti dagli astronomi negli ultimi anni, determinare se qualcuno di essi è abitabile o meno è una grande sfida. Poiché non possiamo studiare direttamente questi pianeti, gli scienziati sono costretti a cercare indicazioni indirette. Questi sono noti come biofirme, che consistono nei sottoprodotti chimici che associamo alla vita organica che si manifesta nell'atmosfera di un pianeta.
A nuovo studio da un team di scienziati della NASA propone un nuovo metodo per cercare potenziali segni di vita oltre il nostro Sistema Solare. La chiave, raccomandano, è sfruttare le frequenti tempeste stellari di giovani stelle nane fresche. Queste tempeste scagliano enormi nuvole di materiale stellare e radiazioni nello spazio, interagendo con le atmosfere degli esopianeti e producendo biofirme che potrebbero essere rilevate.
Lo studio, intitolato “ Segnali di vita atmosferici dagli esopianeti intorno alle stelle G e K “, recentemente apparso inRapporti scientifici sulla natura.Guidato da Vladimir S. Airapetian, un astrofisico anziano con il Divisione di scienze eliofisiche (HSD) presso il Goddard Space Flight Center della NASA, il team includeva membri del Langley Research Center della NASA, il Sistemi scientifici e applicazioni incorporate (SSAI) e l'Università americana.
I fari di vita potrebbero aiutare i ricercatori a identificare mondi potenzialmente abitabili. Crediti: Goddard Space Flight Center della NASA/Mary Pat Hrybyk
Tradizionalmente, i ricercatori hanno cercato segni di ossigeno e metano nelle atmosfere degli esopianeti, poiché questi sono ben noti sottoprodotti dei processi organici. Nel tempo, questi gas si accumulano, raggiungendo quantità rilevabili mediante spettroscopia. Tuttavia, questo approccio richiede tempo e richiede che gli astronomi trascorrano giorni cercando di osservare gli spettri da un pianeta lontano.
Ma secondo Airapetian e i suoi colleghi, è possibile cercare tracce più grossolane su mondi potenzialmente abitabili. Questo approccio si baserebbe sulla tecnologia e sulle risorse esistenti e richiederebbe molto meno tempo. Come ha spiegato Airapetian in una NASA comunicato stampa :
“Siamo alla ricerca di molecole formate da prerequisiti fondamentali per la vita, in particolare l'azoto molecolare, che è il 78% della nostra atmosfera. Queste sono molecole di base che sono biologicamente amichevoli e hanno un forte potere di emissione di infrarossi, aumentando le nostre possibilità di rilevarle”.
Usando la vita sulla Terra come modello, Airapetian e il suo team hanno progettato un nuovo metodo per cercare o individuare i sottoprodotti di vapore acqueo, azoto e ossigeno nelle atmosfere degli esopianeti. Il vero trucco, tuttavia, è sfruttare i tipi di eventi meteorologici spaziali estremi che si verificano con le stelle nane attive. Questi eventi, che espongono le atmosfere planetarie a esplosioni di radiazioni, causano reazioni chimiche che gli astronomi possono cogliere.
Rappresentazione artistica della fredda stella rossa sopra un lontano esopianeta. Credito: Università di Warwick/Mark Garlick.
Quando si tratta di stelle come il nostro Sole, una nana gialla di tipo G, tali eventi meteorologici sono comuni quando sono ancora giovani. Tuttavia, è noto che altre stelle gialle e arancioni rimangono attive per miliardi di anni, producendo tempeste di particelle cariche di energia. E le stelle di tipo M (nane rosse), il tipo più comune nell'Universo, rimangono attive per tutta la loro lunga vita, sottoponendo periodicamente i loro pianeti a mini-flare.
Quando raggiungono un pianeta extrasolare, reagiscono con l'atmosfera e causano la dissociazione chimica dell'azoto (N²) e dell'ossigeno (O²) in singoli atomi e del vapore acqueo in idrogeno e ossigeno. Gli atomi di azoto e ossigeno scomposti provocano quindi una cascata di reazioni chimiche che producono idrossile (OH), più ossigeno molecolare (O) e ossido nitrico (NO) - ciò che gli scienziati chiamano 'segnali atmosferici'.
Quando la luce delle stelle colpisce l'atmosfera di un pianeta, queste molecole faro assorbono l'energia ed emettono radiazioni infrarosse. Esaminando le particolari lunghezze d'onda di questa radiazione, gli scienziati sono in grado di determinare quali elementi chimici sono presenti. La potenza del segnale di questi elementi è anche un'indicazione della pressione atmosferica. Prese insieme, queste letture consentono agli scienziati di determinare la densità e la composizione di un'atmosfera.
Per decenni, gli astronomi hanno anche utilizzato un modello per calcolare come si forma l'ozono (O³) nell'atmosfera terrestre dall'ossigeno esposto alla radiazione solare. Utilizzando questo stesso modello – e abbinandolo agli eventi meteorologici spaziali attesi da stelle fredde e attive – Airapetian e i suoi colleghi hanno cercato di calcolare quanto ossido nitrico e idrossile si formerebbero in un'atmosfera simile alla Terra e quanto ozono verrebbe distrutto .
Concetto artistico della navicella spaziale TIMED della NASA, che osserva l'atmosfera superiore della Terra da 15 anni. Crediti: NASA/JHU-APL
Per fare ciò, hanno consultato i dati della NASA Termosfera Ionosfera Mesosfera Energetica Dinamica (TIMED), che da anni studia la formazione dei fari nell'atmosfera terrestre. In particolare, hanno utilizzato i dati del suo Sondaggio dell'atmosfera mediante radiometria ad emissione a banda larga (SABRE), che ha permesso loro di simulare come le osservazioni a infrarossi di questi fari potrebbero apparire nelle atmosfere degli esopianeti.
Come Martin Mlynczak, ricercatore principale associato di SABRE presso il Langley Research Center della NASA e coautore dell'articolo, indicato :
'Prendendo ciò che sappiamo sulla radiazione infrarossa emessa dall'atmosfera terrestre, l'idea è di guardare gli esopianeti e vedere che tipo di segnali possiamo rilevare. Se troviamo segnali di esopianeti quasi nella stessa proporzione di quelli della Terra, potremmo dire che il pianeta è un buon candidato per ospitare la vita».
Quello che hanno scoperto è che la frequenza delle intense tempeste stellari era direttamente correlata alla forza dei segnali di calore provenienti dai segnali atmosferici. Più tempeste si verificano, più molecole faro vengono create, generando un segnale abbastanza forte da essere osservato dalla Terra con un telescopio spaziale e basato su appena due ore di osservazione.
Un esopianeta visto dalla sua luna (impressione d'artista). Credito: IAU
Hanno anche scoperto che questo tipo di metodo può estirpare gli esopianeti che non possiedono un campo magnetico simile alla Terra, che interagiscono naturalmente con le particelle cariche del Sole. La presenza di un tale campo è ciò che garantisce che l'atmosfera di un pianeta non venga strappata via, ed è quindi essenziale per l'abitabilità. come Airapetian spiegato :
“Un pianeta ha bisogno di un campo magnetico, che scherma l'atmosfera e protegge il pianeta dalle tempeste stellari e dalle radiazioni. Se i venti stellari non sono così estremi da comprimere il campo magnetico di un esopianeta vicino alla sua superficie, il campo magnetico impedisce la fuga atmosferica, quindi ci sono più particelle nell'atmosfera e un segnale infrarosso risultante più forte'.
Questo nuovo modello è significativo per diversi motivi. Da un lato, mostra come la ricerca che ha consentito studi dettagliati dell'atmosfera terrestre e come interagisce con il tempo spaziale viene ora indirizzata allo studio degli esopianeti. È anche eccitante perché potrebbe consentire nuovi studi sull'abitabilità degli esopianeti attorno a determinate classi di stelle, che vanno da molti tipi di stelle gialle e arancioni a stelle nane rosse fredde.
Le nane rosse sono il tipo più comune di stella nell'Universo, rappresentando il 70% delle stelle nelle galassie a spirale e il 90% nelle galassie ellittiche. Inoltre, sulla base di recenti scoperte, gli astronomi stimano che le stelle nane rosse siano molto probabile che abbiano sistemi di pianeti rocciosi . Il team di ricerca prevede anche che strumenti spaziali di prossima generazione come il Telescopio spaziale James Webb aumenterà la probabilità di trovare pianeti abitabili utilizzando questo modello.
L'impressione di questo artista mostra il pianeta in orbita attorno alla stella Alpha Centauri B, un membro del sistema stellare triplo che è il più vicino alla Terra. Credito: ESO
Come William Danchi, un astrofisico senior di Goddard e coautore dello studio, disse :
“Nuove intuizioni sul potenziale della vita sugli esopianeti dipendono in modo critico dalla ricerca interdisciplinare in cui vengono utilizzati dati, modelli e tecniche dalle quattro divisioni scientifiche della NASA Goddard: eliofisica, astrofisica, scienze planetarie e della Terra. Questa miscela produce nuovi percorsi unici e potenti per la ricerca sugli esopianeti”.
Fino a quando non saremo in grado di studiare direttamente gli esopianeti, qualsiasi sviluppo che renda le biofirme più distinguibili e più facili da rilevare è incredibilmente prezioso. Negli anni a venire, Progetto Blu e Innovazione Starshot sperano di condurre i primi studi diretti del sistema Alpha Centauri. Ma nel frattempo, i modelli migliorati che ci consentono di esaminare innumerevoli altre stelle per esopianeti potenzialmente abitabili sono d'oro!
Non solo miglioreranno notevolmente la nostra comprensione di quanto siano comuni tali pianeti, ma potrebbero semplicemente indicarci la direzione di uno o più Terrestri 2.0!
Ulteriori letture: NASA , Rapporti scientifici sulla natura