Una bassa abbondanza di carbonio nelle atmosfere planetarie, che il telescopio spaziale James Webb può rilevare, potrebbe essere un segno di abitabilità.
Questa illustrazione di una super-Terra rocciosa rappresenta il tipo di pianeti che i futuri telescopi, come i seguiti del Transiting Exoplanet Satellite Survey (TESS) della NASA, sperano di trovare al di fuori del nostro sistema solare. Credito immagine: M. Kornmesser/ESO
Gli scienziati del MIT, dell’Università di Birmingham e altrove affermano che la migliore possibilità per gli astronomi di trovare acqua liquida, e persino la vita su altri pianeti, è cercare l’assenza, piuttosto che la presenza, di una caratteristica chimica nelle loro atmosfere.
I ricercatori propongono che se a pianeta terrestre ha sostanzialmente meno anidride carbonica nella sua atmosfera rispetto ad altri pianeti nello stesso sistema, potrebbe essere un segno di acqua liquida – e forse di vita – sulla superficie di quel pianeta.
Inoltre, questa nuova firma è nel mirino del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA. Sebbene gli scienziati abbiano proposto altri segni di abitabilità, tali caratteristiche sono difficili se non impossibili da misurare con le tecnologie attuali. Il team afferma che questa nuova firma, costituita da anidride carbonica relativamente impoverita, è l’unico segno di abitabilità rilevabile ora.
“Il Santo Graal nella scienza degli esopianeti è cercare mondi abitabili e la presenza di vita, ma tutte le caratteristiche di cui si è parlato finora erano fuori dalla portata dei più nuovi osservatori”, afferma Julien de Wit, assistente professore di scienze planetarie al MIT. “Ora abbiamo un modo per scoprire se c’è acqua liquida su un altro pianeta. Ed è qualcosa a cui possiamo arrivare nei prossimi anni”.
I risultati del team appaiono in Astronomia della natura. De Wit ha co-condotto lo studio con Amaury Triaud dell’Università di Birmingham nel Regno Unito. I loro coautori del MIT includono Benjamin Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden Oliver Jagoutz, Matej Peč, Janusz Petkowski e Sara Seager, insieme a Frieder Klein della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Martin Turbet dell’Ècole Polytechnique in Francia e Franck Selsis del Laboratoire d’astrofisique de Bordeaux.
Al di là di un barlume
Finora gli astronomi hanno rilevato più di 5.200 mondi oltre il nostro sistema solare. Con gli attuali telescopi, gli astronomi possono misurare direttamente la distanza di un pianeta dalla sua stella e il tempo impiegato per completare un’orbita. Queste misurazioni possono aiutare gli scienziati a dedurre se un pianeta si trova all’interno di una zona abitabile. Ma non c’è stato modo di confermare direttamente se un pianeta sia effettivamente abitabile, il che significa che sulla sua superficie esiste acqua liquida.
Nel nostro sistema solare, gli scienziati possono rilevare la presenza di oceani liquidi osservando i “luccichii” – lampi di luce solare che si riflettono sulle superfici liquide. Questi luccichii, o riflessi speculari, sono stati osservati, ad esempio, su Titano, la luna più grande di Saturno, e ciò ha contribuito a confermare la presenza dei grandi laghi lunari.
Rilevare un barlume simile in pianeti lontani, tuttavia, è fuori portata con le attuali tecnologie. Ma de Wit e i suoi colleghi hanno capito che esiste un’altra struttura abitabile vicino a casa che potrebbe essere rilevabile in mondi lontani.
“Ci è venuta un’idea, osservando cosa sta succedendo ai pianeti terrestri nel nostro sistema”, dice Triaud.
Venere, Terra e Marte condividono somiglianze, in quanto tutti e tre sono rocciosi e abitano una regione relativamente temperata rispetto al sole. La Terra è l’unico pianeta del trio che attualmente ospita acqua liquida. E il team ha notato un’altra ovvia distinzione: la Terra ha significativamente meno anidride carbonica nella sua atmosfera.
“Partiamo dal presupposto che questi pianeti siano stati creati in modo simile, e se ora vediamo un pianeta con molto meno carbonio, deve essere andato da qualche parte”, dice Triaud. “L’unico processo che potrebbe rimuovere così tanto carbonio da un’atmosfera è un forte ciclo dell’acqua che coinvolge oceani di acqua liquida”.
In effetti, gli oceani della Terra hanno svolto un ruolo importante e duraturo nell’assorbire l’anidride carbonica. Nel corso di centinaia di milioni di anni, gli oceani hanno assorbito un’enorme quantità di anidride carbonica, quasi uguale alla quantità che persiste oggi nell’atmosfera di Venere. Questo effetto su scala planetaria ha lasciato l’atmosfera terrestre significativamente impoverita di anidride carbonica rispetto ai suoi vicini planetari.
“Sulla Terra, gran parte dell’anidride carbonica atmosferica è stata sequestrata nell’acqua di mare e nella roccia solida nel corso dei tempi geologici, il che ha contribuito a regolare il clima e l’abitabilità per miliardi di anni”, afferma il coautore dello studio Frieder Klein.
Il team ha concluso che se un simile impoverimento di anidride carbonica fosse rilevato in un pianeta lontano, rispetto ai suoi vicini, questo sarebbe un segnale affidabile della presenza di oceani liquidi e di vita sulla sua superficie.
“Dopo aver esaminato approfonditamente la letteratura di molti campi dalla biologia, alla chimica e persino al sequestro del carbonio nel contesto del cambiamento climatico, crediamo che in effetti, se rileviamo l’esaurimento del carbonio, ci sono buone probabilità che sia un forte segno di acqua liquida e /o la vita”, dice de Wit.
Una tabella di marcia verso la vita
Nel loro studio, il team delinea una strategia per individuare pianeti abitabili cercando una traccia di anidride carbonica impoverita. Tale ricerca funzionerebbe meglio per i sistemi “piselli in un baccello”, in cui più pianeti terrestri, tutti più o meno della stessa dimensione, orbitano relativamente vicini l’uno all’altro, in modo simile al nostro sistema solare. Il primo passo proposto dal team è quello di confermare che i pianeti hanno un’atmosfera, semplicemente cercando la presenza di anidride carbonica, che dovrebbe dominare la maggior parte delle atmosfere planetarie.
“L’anidride carbonica assorbe molto bene nell’infrarosso e può essere facilmente rilevata nelle atmosfere degli esopianeti”, spiega de Wit. “Un segnale di anidride carbonica può quindi rivelare la presenza di atmosfere di esopianeti”.
Una volta che gli astronomi determinano che più pianeti in un sistema ospitano atmosfere, possono passare a misurare il loro contenuto di anidride carbonica, per vedere se un pianeta ne ha significativamente inferiore rispetto agli altri. Se è così, il pianeta è probabilmente abitabile, il che significa che ospita notevoli quantità di acqua liquida sulla sua superficie.
Ma le condizioni abitabili non significano necessariamente che un pianeta sia abitato. Per vedere se la vita potrebbe effettivamente esistere, il team propone agli astronomi di cercare un’altra caratteristica nell’atmosfera di un pianeta: l’ozono.
Sulla Terra, i ricercatori notano che le piante e alcuni microbi contribuiscono ad assorbire anidride carbonica, anche se non tanto quanto gli oceani. Tuttavia, come parte di questo processo, le forme di vita emettono ossigeno, che reagisce con i fotoni del sole trasformandosi in ozono, una molecola molto più facile da rilevare dell’ossigeno stesso.
I ricercatori affermano che se l’atmosfera di un pianeta mostra segni sia di ozono che di anidride carbonica impoverita, è probabile che sia un mondo abitabile e abitato.
“Se vediamo l’ozono, è molto probabile che sia collegato all’anidride carbonica consumata dalla vita”, afferma Triaud. “E se è vita, è una vita gloriosa. Non si tratterebbe solo di qualche batterio. Si tratterebbe di una biomassa su scala planetaria in grado di elaborare un’enorme quantità di carbonio e di interagire con esso”.
Il team stima che il telescopio spaziale James Webb della NASA sarebbe in grado di misurare l’anidride carbonica, e forse l’ozono, nei vicini sistemi multiplanet come TRAPPIST-1, un sistema di sette pianeti che orbita attorno a una stella luminosa, a soli 40 anni luce dalla Terra.
“TRAPPIST-1 è uno dei pochi sistemi in cui potremmo effettuare studi atmosferici terrestri con JWST”, afferma de Wit. “Ora abbiamo una tabella di marcia per trovare pianeti abitabili. Se lavoriamo tutti insieme, entro i prossimi anni potrebbero essere fatte scoperte rivoluzionarie”.
Scritto da Jennifer Chu
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
