Rappresentazione artistica di Trappist-1e. Crediti: Wikimedia Commons
La ricerca della vita sui pianeti intorno ad altre stelle è una delle grandi sfide scientifiche del ventunesimo secolo. Negli ultimi decenni sono stati scoperti diversi esopianeti con tutte le caratteristiche per essere definiti abitabili. L’obiettivo futuro sarà però quello di trovare tracce che indichino inequivocabilmente la presenza di vita su questi pianeti, così da poterli definire non più solo abitabili ma abitati. A questo scopo si stanno attualmente sviluppando nuove tecnologie e strategie di ricerca. Tant’è che alla Habitable Worlds Conference tenutasi nel 2017 a Laramie, nel Wyoming (Stati Uniti), da un sondaggio tra gli astronomi e gli astrobiologi presenti, è emersa come probabile data della scoperta definitiva di segni di vita su un esopianeta il 2050.
Si pongono allora diverse domande: in quali esopianeti è meglio cercare queste tracce, e in presenza di quali caratteristiche planetarie e stellari è il caso di procedere con ulteriori e specifiche indagini scientifiche? Queste non sono decisioni semplici da prendere.
Un team di scienziati guidati da Carey M. Lisse, ricercatore presso la Johns Hopkins University, negli Stati Uniti, ha deciso di creare un albero decisionale per aiutare la ricerca di pianeti abitati, cioè pianeti abitabili in cui la firma biologica (in inglese, biosignature) – come ad esempio la presenza di ossigeno – sia un forte segno di una qualche attività vitale. Si tratta di un diagramma di flusso che, prendendo in considerazione specifici attributi (parametri stellari e planetari), step-by-step aiuta a decidere per quali pianeti rocciosi vale la pena procedere con ulteriori indagini, arrivando alla ricerca di ossigeno nelle loro atmosfere, e per quali invece è il caso di fermarsi; in modo che questo gas, se rilevato, possa essere considerata una forte firma biologica, cioè attribuibile alla vita. Quindi, quella proposta è una strategia di ricerca di pianeti abitati, con dettagliate procedure per la raccolta e l’interpretazione di dati planetari e stellari, che permette via via di scartarne alcuni, evitando osservazioni di pianeti che, per le caratteristiche possedute, non rientrano tra quelli che potrebbero ospitare una qualche forma di vita.
Nell’albero decisionale in questione (che vedete nell’immagine sottostante), la risposta alle domande elencate per prime, implica indagini meno costose in termini di tempo e risorse, effettuabili per lo screening di un gran numero di esopianeti. Scendendo lungo i nodi, le misurazioni si fanno invece più costose e difficili, da effettuare solo per una manciata di esopianeti che hanno superato i vari step.
Il Diagramma di flusso creato da Carey M. Lisse et al., che descrive i passaggi per selezionare efficacemente i pianeti nei quali effettuare la ricerca di ossigeno nelle loro atmosfere, in modo che esso, se rilevato, possa essere una biosignature attribuibile alla presenza di una qualche forma di vita. Crediti: Carey M. Lisse et al., arxiv.org 2020 (Astrophysical Journal Letters 2020 submitted)
La strategia osservativa proposta, spiegata nel dettaglio in un articolo accettato per la pubblicazione su Astrophysical Journal Letters, inizia con la determinazione dei dati più “facili” da ottenere: i parametri della stella ospite – come età, temperatura effettiva, massa, luminosità e metallicità – e i parametri planetari, come massa e raggio (quest’ultimo il primo discriminante del diagramma a flusso).
Pianeti con raggi maggiori di 1.5 volte la Terra possono essere scartati, spiegano i ricercatori, poiché hanno spesse atmosfere di idrogeno ed elio, il che implica una radicale differenza nella loro geochimica rispetto alla Terra, impedendo l’uso dell’ossigeno come firma biologica. Così come possono essere scartati mondi con un raggio inferiore a 0.6 volte quello terrestre, incapaci di trattenere un’atmosfera. I parametri planetari e della stella ospite sono inoltre essenziali per discriminare la residenza o meno del pianeta nella zona abitabile della stella; così come i dati sulla radiazione X e ultravioletta emessa dalla stella, sono utili per valutare la presenza di un’atmosfera secondaria degassata – un’atmosfera caratteristica dei pianeti rocciosi che non si è formata durante la formazione della stella madre, ma che è frutto ad esempio di attività vulcanica interna.
Le informazioni sulla massa e sul raggio del pianeta, combinate con i dati sull’abbondanza stellare di elementi chimici, servono invece per determinare il contenuto d’acqua dell’esopianeta, e scartare così quelli con meno dello 0.1 percento in peso del liquido alla base della vita. I pianeti giunti a questo nodo che, sottoposti a fotometria a riflettanza o a spettroscopia a trasmissione a bassa risoluzione, presentano un’atmosfera otticamente sottile, passano al successivo step, che prevede come indagine la spettroscopia a trasmissione ad alta risoluzione: una tecnica per la ricerca dell’ossigeno e la determinazione della quantità di vapore acqueo e CO2 presenti.
Supponendo che su un eventuale esopianeta giunto fino a questo livello del diagramma si trovi ossigeno, e che i valori di vapore d’acqua e CO2 non siano superiori a 102/104 parti per milione, per determinare l’origine biotica della firma dell’ossigeno è richiesta la difficile acquisizione di una dettagliata curva di luce multispettrale dell’esopianeta, per assicurare la presenza sia di acqua superficiale che di terre emerse come i continenti. Gli esopianeti senza continenti avrebbero infatti tassi di produzione di ossigeno di origine biotica indistinguibili da quelli derivanti da processi abiotici. Quindi, spiegano i ricercatori, in questi casi è difficile determinare se tali pianeti effettivamente ospitano la vita.
Gli esopianeti che non superano alcuni di questi passaggi, concludono i ricercatori, potrebbero essere abitabili, persino avere ossigeno di origine biotica osservabile, ma dovrebbero essere scartati perché questo non può essere attribuito in modo inequivocabile alla vita.
Infine, gli autori hanno testato il percorso del loro diagramma utilizzando alcuni pianeti del Sistema solare, del sistema 55 Cancri e del sistema Trappist-1. Ebbene, solo la Terra e l’esopianeta Trappist-1e sono arrivati con successo alla base dell’albero decisionale.
Per saperne di più:
- Leggi su arxiv.org l’articolo “A Geologically Robust Procedure For Observing Rocky Exoplanets to Ensure that Detection of Atmospheric Oxygen is an Earth-Like Biosignature” di Carey M. Lisse, Steven J. Desch, Cayman T. Unterborn, Stephen R. Kane, Patrick R. Young, Hilairy E. Hartnett, Natalie R. Hinkel, Sang Heon Shim, Eric E. Mamajek e Noam R. Izenberg