Negli ultimi decenni, migliaia di pianeti extra-solari sono stati scoperti all'interno della nostra galassia. Al 28 luglio 2018, un totale di 3.374 pianeti extra-solari sono stati confermati in 2.814 sistemi planetari. Mentre la maggior parte di questi pianeti sono stati giganti gassosi, un numero crescente è stato di natura terrestre (cioè roccioso) e sono stati trovati in orbita all'interno delle rispettive zone abitabili delle loro stelle (HZ).
Tuttavia, come dimostra il caso del Sistema Solare, le HZ non significano necessariamente che un pianeta può sostenere la vita. Anche se Venere e Marte sono sul bordo interno ed esterno dell'HZ del Sole (rispettivamente), nessuno dei due è in grado di sostenere la vita sulla sua superficie. E con pianeti potenzialmente abitabili sempre più scoperti, un nuovo studio suggerisce che potrebbe essere il momento di affinare la nostra definizione di zone abitabili.
Lo studio, intitolato "Una zona abitabile più completa per trovare la vita su altri pianeti", è recentemente apparso online. Lo studio è stato condotto dal Dr. Ramses M. Ramirez, ricercatore presso l'Istituto di scienze della vita terrestre presso l'Istituto di tecnologia di Tokyo. Per anni, il Dr. Ramirez è stato coinvolto nello studio di mondi potenzialmente abitabili e ha costruito modelli climatici per valutare i processi che rendono abitabili i pianeti.
Come ha indicato il dottor Ramirez nel suo studio, la definizione più generica di una zona abitabile è la regione circolare attorno a una stella in cui le temperature superficiali su un corpo in orbita sarebbero sufficienti per mantenere l'acqua allo stato liquido. Tuttavia, questo da solo non significa che un pianeta sia abitabile e ulteriori considerazioni devono essere prese in considerazione per determinare se la vita possa davvero esistere lì. Come ha detto il dottor Ramirez a Space Magazine via email:
“L'incarnazione più popolare della HZ è la classica HZ. Questa definizione classica presuppone che i gas serra più importanti nei pianeti potenzialmente abitabili siano l'anidride carbonica e il vapore acqueo. Presuppone anche che l'abitabilità su tali pianeti sia sostenuta dal ciclo carbonato-silicato, come nel caso della Terra. Sul nostro pianeta, il ciclo carbonato-silicato è alimentato dalla tettonica delle placche.
“Il ciclo carbonato-silicato regola il trasferimento di biossido di carbonio tra l'atmosfera, la superficie e l'interno della Terra. Funziona come un termostato planetario su lunghe scale temporali e assicura che non ci sia troppa CO2 nell'atmosfera (il pianeta diventa troppo caldo) o troppo poco (il pianeta diventa troppo freddo). L'HZ classica presuppone inoltre (tipicamente) che i pianeti abitabili possiedano inventari idrici totali (ad es. Acqua totale negli oceani e nei mari) di dimensioni simili a quelli sulla Terra. "
Questo è ciò che può essere definito l'approccio del "frutto basso", in cui gli scienziati hanno cercato segni di abitabilità basati su ciò che noi umani conosciamo di più. Dato che l'unico esempio che abbiamo di abitabilità è il pianeta Terra, gli studi sugli esopianeti si sono concentrati sulla ricerca di pianeti che siano "simili alla Terra" nella composizione (cioè rocciosa), orbita e dimensioni.
Tuttavia, negli ultimi anni questa definizione è stata messa in discussione da studi più recenti. Mentre la ricerca sugli esopianeti si è allontanata dal semplice rilevamento e conferma dell'esistenza di corpi attorno ad altre stelle e si è spostata nella caratterizzazione, sono emerse nuove formulazioni di HZ che hanno tentato di catturare la diversità dei mondi potenzialmente abitabili.
Come ha spiegato il Dr. Ramirez, queste nuove formulazioni si sono complimentate con le nozioni tradizionali di HZ considerando che i pianeti abitabili possono avere diverse composizioni atmosferiche:
“Ad esempio, prendono in considerazione l'influenza di ulteriori gas serra, come CH4 e H2, entrambi considerati importanti per le prime condizioni sia sulla Terra che su Marte. L'aggiunta di questi gas rende la zona abitabile più ampia di quanto previsto dalla classica definizione di HZ. Questo è fantastico, perché i pianeti che si ritiene siano al di fuori della HZ, come TRAPPIST-1h, ora possono essere al suo interno. È stato anche sostenuto che i pianeti con atmosfere dense di CO2-CH4 vicino al bordo esterno della HZ delle stelle più calde possono essere abitati perché è difficile sostenere tali atmosfere senza la presenza della vita. "
Uno di questi studi è stato condotto dalla dott.ssa Ramirez e Lisa Kaltenegger, professore associato presso il Carl Sagan Institute della Cornell University. Secondo un documento che hanno prodotto nel 2017, che è apparso nel Lettere astrofisiche del diario,i cacciatori di esopianeti potrebbero trovare pianeti che un giorno diventerebbero abitabili in base alla presenza di attività vulcanica - che sarebbe distinguibile dalla presenza di gas idrogeno (H2) nelle loro atmosfere.
Questa teoria è una naturale estensione della ricerca di condizioni "simili alla Terra", che ritiene che l'atmosfera terrestre non sia sempre stata come lo è oggi. Fondamentalmente, gli scienziati planetari teorizzano che miliardi di anni fa, la prima atmosfera della Terra aveva un abbondante approvvigionamento di idrogeno gassoso (H2) a causa del degassamento vulcanico e dell'interazione tra idrogeno e molecole di azoto in questa atmosfera è ciò che ha tenuto la Terra calda abbastanza a lungo da consentire lo sviluppo della vita.
Nel caso della Terra, questo idrogeno alla fine fuggì nello spazio, che si ritiene sia il caso di tutti i pianeti terrestri. Tuttavia, su un pianeta in cui vi sono livelli sufficienti di attività vulcanica, la presenza di idrogeno gassoso nell'atmosfera potrebbe essere mantenuta, consentendo così un effetto serra che manterrebbe le loro superfici calde. A questo proposito, la presenza di idrogeno gassoso nell'atmosfera di un pianeta potrebbe estendere l'HZ di una stella.
Secondo Ramirez, esiste anche il fattore tempo, che in genere non viene preso in considerazione nella valutazione delle HZ. In breve, le stelle si evolvono nel tempo e emettono vari livelli di radiazione in base alla loro età. Ciò ha l'effetto di alterare il punto in cui arriva la HZ di una stella, che potrebbe non comprendere un pianeta che è attualmente allo studio. Come ha spiegato Ramirez:
“[I] t è stato dimostrato che i M-nani (stelle davvero fantastiche) sono così luminosi e caldi quando si formano per la prima volta da poter essiccare i giovani pianeti che in seguito saranno determinati ad essere nella classica HZ. Ciò sottolinea il fatto che solo perché un pianeta si trova attualmente nella zona abitabile, ciò non significa che sia effettivamente abitabile (per non parlare dell'abitato). Dovremmo essere in grado di fare attenzione a questi casi.
Infine, c'è il problema di quali tipi di astronomi stellari hanno osservato nella caccia agli esopianeti. Mentre molte indagini hanno esaminato la stella nana gialla di tipo G (che è quello che è il nostro Sole), molte ricerche si sono concentrate negli ultimi tempi sulle stelle di tipo M (nana rossa) a causa della loro longevità e del fatto che credevano di essere le più probabilmente posto dove trovare pianeti rocciosi che orbitano all'interno delle HZ delle loro stelle.
"Mentre la maggior parte degli studi precedenti si è concentrata su sistemi a stella singola, recenti lavori suggeriscono che i pianeti abitabili possono essere trovati in sistemi binari a stella o persino in sistemi di nani rossi o giganti rossi, i pianeti potenzialmente abitabili possono anche assumere la forma di mondi desertici o persino mondi oceanici che sono molto più umidi della Terra ", afferma Ramirez. "Tali formulazioni non solo ampliano notevolmente lo spazio dei parametri dei pianeti potenzialmente abitabili da cercare, ma ci consentono di filtrare i mondi che hanno più (e meno) probabilità di ospitare la vita".
Alla fine, questo studio mostra che la classica HZ non è l'unico strumento che può essere utilizzato per valutare la possibilità di una vita extra-terrestre. Come tale, Ramirez raccomanda che in futuro gli astronomi e i cacciatori di esopianeti dovrebbero integrare la classica HZ con le considerazioni aggiuntive sollevate da queste nuove formulazioni. In tal modo, potrebbero essere in grado di massimizzare le loro possibilità di trovare la vita un giorno.
"Raccomando che gli scienziati prestino particolare attenzione alle prime fasi dei sistemi planetari perché ciò aiuta a determinare la probabilità che un pianeta che si trova attualmente nella zona abitabile attuale valga la pena di studiare ulteriormente per ulteriori prove della vita", ha detto. “Raccomando anche che le varie definizioni di HZ vengano usate insieme in modo da poter determinare meglio quali pianeti hanno più probabilità di ospitare la vita. In questo modo possiamo classificare questi pianeti e determinare su quali trascorrere la maggior parte del tempo e dell'energia del nostro telescopio. Lungo la strada verificheremo anche quanto sia valido il concetto di HZ, incluso determinare quanto sia universale il ciclo carbonato-silicato su scala cosmica. "
