Le stelle che contengono quantità relativamente grandi di elementi pesanti forniscono condizioni meno favorevoli per l’emergere di forme di vita complesse stelle povere di metallocome hanno scoperto gli scienziati del Max Planck Institutes for Solar System Research and Chemistry e dell’Università di Göttingen.
Il team ha mostrato come la metallicità di una stella sia collegata alla capacità dei suoi pianeti di circondarsi di uno strato protettivo di ozono. Fondamentale per questo è l’intensità della luce ultravioletta che la stella emette nello spazio, in diverse gamme di lunghezze d’onda.
Lo studio fornisce agli scienziati che cercano sistemi stellari abitabili nel cielo con telescopi spaziali con importanti indizi su dove questo sforzo potrebbe essere particolarmente promettente. Suggerisce anche una conclusione sorprendente: man mano che l’universo invecchia, diventa sempre più ostile all’emergere di vita complessa su nuovi pianeti.
Stelle ricche e povere di metallo: confronto. Credito immagine: MPS/hormesdesign.de
Nella ricerca di pianeti abitabili o addirittura abitati in orbita attorno a stelle lontane, i ricercatori negli ultimi anni si sono sempre più concentrati sugli involucri di gas di questi mondi. I dati osservativi mostrano prove di un’atmosfera? Contiene forse anche gas come l’ossigeno o il metano, prodotti quasi esclusivamente come prodotti metabolici delle forme di vita sulla Terra?
Nei prossimi anni, tali osservazioni saranno spinte a nuovi limiti: il James Webb Telescope della Nasa consentirà non solo di caratterizzare le atmosfere di grandi giganti gassosi come Super-Nettuno, ma anche di analizzare per la prima volta i segnali spettrografici molto più deboli dalle atmosfere dei pianeti rocciosi.
Con l’aiuto di simulazioni numeriche, l’attuale studio, pubblicato oggi su Nature Communications, si rivolge ora al contenuto di ozono delle atmosfere degli esopianeti. Come sulla Terra, questo composto di tre atomi di ossigeno può proteggere la superficie del pianeta (e le forme di vita che vi risiedono) dalle radiazioni ultraviolette (UV) dannose per le cellule. Uno strato protettivo di ozono è quindi un prerequisito importante per l’emergere di una vita complessa.
“Volevamo capire quali proprietà deve avere una stella affinché i suoi pianeti formino uno strato protettivo di ozono”, spiega Anna Shapiro, scienziata presso il Max Planck Institute for Solar System Research e prima autrice dell’attuale studio.
Una stella luminosa – visualizzazione artistica. Credito immagine: Chantal & Ole tramite Unsplash, licenza gratuita
Come spesso nella scienza, questa idea è stata innescata da una scoperta precedente. Tre anni fa, i ricercatori guidati dal Max Planck Institute for Solar System research avevano confrontato le variazioni di luminosità del Sole con quelle di centinaia di stelle simili al Sole.
Il risultato: l’intensità della luce visibile di molte di queste stelle fluttua molto più fortemente che nel caso del Sole.
“Abbiamo visto enormi picchi di intensità”, afferma il dott. Alexander Shapiro, che è stato coinvolto sia nelle analisi di tre anni fa che nello studio attuale. “È quindi del tutto possibile che anche il Sole sia capace di tali picchi di intensità. In tal caso, anche l’intensità della luce ultravioletta aumenterebbe vertiginosamente”, aggiunge.
“Quindi, naturalmente, ci siamo chiesti cosa significherebbe per la vita sulla Terra e com’è la situazione in altri sistemi stellari”, afferma Sami Solanki, direttore del Max Planck Institute for Solar System Research e coautore di entrambi gli studi.
Doppio ruolo della radiazione UV
Sulla superficie di circa la metà di tutte le stelle attorno alle quali è stato dimostrato che orbitano esopianeti, le temperature variano da circa 5.000 a circa 6.000 gradi Celsius. Nei loro calcoli, i ricercatori si sono quindi rivolti a questo sottogruppo. Con una temperatura superficiale di circa 5500 gradi Celsius, anche il Sole è uno di questi.
“Nella chimica atmosferica della Terra, la radiazione ultravioletta del Sole gioca un duplice ruolo”, spiega la dott.ssa Anna Shapiro, il cui passato interesse di ricerca si è concentrato sull’influenza della radiazione solare sull’atmosfera terrestre.
Nelle reazioni con singoli atomi di ossigeno e molecole di ossigeno, l’ozono può essere sia creato che distrutto. Mentre le radiazioni UV-B a onde lunghe distruggono l’ozono, le radiazioni UV-C a onde corte aiutano a creare ozono protettivo nell’atmosfera media.
“Era quindi ragionevole supporre che la luce ultravioletta potesse avere un’influenza altrettanto complessa anche sulle atmosfere degli esopianeti”, aggiunge l’astronomo. Le lunghezze d’onda precise sono cruciali.
I ricercatori hanno quindi calcolato esattamente quali lunghezze d’onda costituiscono la luce ultravioletta emessa dalle stelle. Per la prima volta, hanno considerato anche l’influenza della metallicità.
Questa proprietà descrive il rapporto tra l’idrogeno e gli elementi più pesanti (chiamati in modo semplicistico e in qualche modo fuorviante “metalli” dagli astrofisici) nel materiale da costruzione della stella. Nel caso del Sole, ci sono più di 31000 atomi di idrogeno per ogni atomo di ferro. Lo studio ha preso in considerazione anche le stelle con contenuto di ferro inferiore e superiore.
Interazioni simulate della radiazione UV con i gas
In una seconda fase, il team ha studiato come la radiazione UV calcolata influenzerebbe le atmosfere dei pianeti che orbitano a una distanza favorevole alla vita attorno a queste stelle. Le distanze favorevoli alla vita sono quelle che consentono temperature moderate, né troppo calde né troppo fredde per l’acqua allo stato liquido, sulla superficie del pianeta.
Per tali mondi, il team ha simulato al computer esattamente quali processi la caratteristica luce UV della stella madre si mette in moto nell’atmosfera del pianeta.
Per calcolare la composizione delle atmosfere planetarie i ricercatori hanno utilizzato un modello chimico-climatico che simula i processi che controllano l’ossigeno, l’ozono e molti altri gas e le loro interazioni con la luce ultravioletta delle stelle, ad altissima risoluzione spettrale.
Questo modello ha permesso lo studio di un’ampia varietà di condizioni sugli esopianeti e il confronto con la storia dell’atmosfera terrestre nell’ultimo mezzo miliardo di anni. Durante questo periodo si stabilirono l’alto contenuto di ossigeno atmosferico e lo strato di ozono che permisero l’evoluzione della vita sulla terraferma del nostro pianeta.
“È possibile che la storia della Terra e della sua atmosfera contenga indizi sull’evoluzione della vita che possono applicarsi anche agli esopianeti”, afferma Jos Lelieveld, amministratore delegato del Max Planck Institute for Chemistry, coinvolto nello studio.
Candidati promettenti
I risultati delle simulazioni sono stati sorprendenti per gli scienziati. Nel complesso, le stelle povere di metalli emettono più radiazioni UV delle loro controparti ricche di metalli. Ma il rapporto tra la radiazione UV-C che genera ozono e la radiazione UV-B che distrugge l’ozono dipende in modo critico anche dalla metallicità: nelle stelle povere di metalli predomina la radiazione UV-C, che consente la formazione di un denso strato di ozono.
Per le stelle ricche di metalli, con la loro radiazione UV-B predominante, questo involucro protettivo è molto più scarso. “Contrariamente alle aspettative, le stelle povere di metalli dovrebbero quindi fornire condizioni più favorevoli per l’emergere della vita”, conclude Anna Shapiro.
Questa scoperta potrebbe essere utile per le future missioni spaziali come la missione Plato dell’ESA, che esaminerà una vasta gamma di stelle alla ricerca di segni di esopianeti abitabili. Con 26 telescopi a bordo, l’omonima sonda sarà lanciata nello spazio nel 2026 e focalizzerà la sua attenzione principalmente sui pianeti simili alla Terra che orbitano attorno a stelle simili al Sole a distanze favorevoli alla vita.
Il data center della missione è attualmente in fase di allestimento presso il Max Planck Institute for Solar System Research. “Il nostro attuale studio ci fornisce preziosi indizi su quali stelle Platone dovrebbe prestare particolare attenzione”, afferma Laurent Gizon, amministratore delegato dell’Istituto e coautore dello studio attuale.
Conclusione paradossale
Inoltre, lo studio porta a una conclusione quasi paradossale: man mano che l’universo invecchia, è probabile che diventi sempre più ostile alla vita. I metalli e altri elementi pesanti si formano all’interno delle stelle alla fine della loro vita di diversi miliardi di anni e, a seconda della massa della stella, vengono rilasciati nello spazio come vento stellare o nell’esplosione di una supernova: il materiale da costruzione per la prossima generazione di stelle.
“Ogni stella di nuova formazione ha quindi a disposizione materiale da costruzione più ricco di metalli rispetto ai suoi predecessori. Le star dell’universo stanno diventando più ricche di metal a ogni generazione”, afferma Anna Shapiro. Secondo il nuovo studio, anche la probabilità che i sistemi stellari producano la vita diminuisce con l’invecchiamento dell’universo.
Tuttavia, la ricerca della vita non è senza speranza. Dopotutto, molte stelle ospiti di esopianeti hanno un’età simile a quella del Sole. E si sa che questa stella ospita forme di vita complesse e interessanti su almeno uno dei suoi pianeti.
Fonte: MPG
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
