Negli ultimi anni, il numero di pianeti extra-solari scoperti attorno al vicino tipo M (stelle nane rosse) è cresciuto considerevolmente. In molti casi, questi pianeti confermati sono stati "simili alla Terra", nel senso che sono terrestri (aka rocciosi) e di dimensioni comparabili alla Terra. Questi reperti sono stati particolarmente entusiasmanti poiché le stelle nane rosse sono le più comuni nell'Universo, rappresentando l'85% delle stelle nella sola Via Lattea.
Sfortunatamente, negli ultimi anni sono stati condotti numerosi studi che indicano che questi pianeti potrebbero non avere le condizioni necessarie per sostenere la vita. L'ultima arriva dall'università di Harvard, dove il ricercatore post dottorato Manasvi Lingam e il professor Abraham Loeb dimostrano che i pianeti attorno alle stelle di tipo M potrebbero non ricevere abbastanza radiazioni dalle loro stelle perché si verifichi la fotosintesi.
In parole povere, si pensa che la vita sulla Terra sia emersa tra 3,7 e 4,1 miliardi di anni fa (durante il tardo Hadean o il primo Eone Archean), in un momento in cui l'atmosfera del pianeta sarebbe stata tossica per la vita di oggi. Tra 2,9 e 3 miliardi di anni fa, iniziarono ad apparire batteri fotosintetizzanti che iniziarono ad arricchire l'atmosfera con ossigeno gassoso.
Di conseguenza, la Terra ha sperimentato ciò che è noto come il "Grande evento di ossidazione" circa 2,3 miliardi di anni fa. Durante questo periodo, gli organismi fotosintetici hanno gradualmente convertito l'atmosfera terrestre da una composta prevalentemente da anidride carbonica e metano in una composta da azoto e ossigeno gassoso (~ 78% e 21%, rispettivamente).
È interessante notare che si ritiene che altre forme di fotosintesi siano emerse anche prima della fotosintesi della clorofilla. Questi includono la fotosintesi retinica, che è emersa ca. Da 2,5 a 3,7 miliardi di anni fa ed esiste ancora oggi in ambienti di nicchia limitati. Come suggerisce il nome, questo processo si basa sulla retina (un tipo di pigmento viola) per assorbire l'energia solare nella parte giallo-verde dello spettro visibile (da 400 a 500 nm).
Esiste anche la fotosintesi anossigenica (in cui l'anidride carbonica e due molecole d'acqua vengono elaborate per creare formaldeide, acqua e ossigeno gassoso), che si ritiene preveda interamente la fotosintesi ossigenata. Come e quando sono emersi diversi tipi di fotosintesi è la chiave per capire quando è iniziata la vita sulla Terra. Come ha spiegato il professor Loeb alla rivista Space via e-mail:
"" Fotosintesi "significa" mettere insieme "(sintesi) alla luce (foto). È un processo utilizzato da piante, alghe o batteri per convertire la luce solare in energia chimica che alimenta le loro attività. L'energia chimica è immagazzinata in molecole a base di carbonio, che sono sintetizzate da anidride carbonica e acqua. Questo processo rilascia spesso ossigeno come sottoprodotto, necessario per la nostra esistenza. Nel complesso, la fotosintesi fornisce tutti i composti organici e la maggior parte dell'energia necessaria per la vita così come la conosciamo sul pianeta Terra. La fotosintesi è sorta relativamente presto nella storia evolutiva della Terra. "
Studi come questi, che esaminano il ruolo svolto dalla fotosintesi, non sono solo importanti perché ci aiutano a capire come è emersa la vita sulla Terra. Inoltre, potrebbero anche aiutare a informare la nostra comprensione del fatto che la vita possa emergere o meno sui pianeti extra-solari e in quali condizioni ciò potrebbe accadere.
Il loro studio, intitolato "Fotosintesi su pianeti abitabili attorno a stelle a bassa massa", è recentemente apparso online ed è stato presentato al Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. Per motivi di studio, Lingam e Loeb hanno cercato di limitare il flusso di fotoni delle stelle di tipo M per determinare se la fotosintesi è possibile sui pianeti terrestri che orbitano attorno a stelle nane rosse. Come affermato da Loeb:
“Nel nostro documento abbiamo studiato se la fotosintesi può verificarsi su pianeti nella zona abitabile attorno a stelle a bassa massa. Questa zona è definita come l'intervallo di distanze dalla stella in cui la temperatura superficiale del pianeta consente l'esistenza di acqua liquida e la chimica della vita come la conosciamo. Per i pianeti in quella zona, abbiamo calcolato il flusso ultravioletto (UV) che illumina la loro superficie in funzione della massa della loro stella ospite. Le stelle a bassa massa sono più fredde e producono meno fotoni UV per quantità di radiazione. "
Coerentemente con le scoperte recenti che coinvolgono stelle nane rosse, il loro studio si è concentrato su "analoghi della Terra", pianeti che hanno gli stessi parametri fisici di base della Terra: raggio, massa, composizione, temperatura effettiva, albedo, ecc. Dai limiti teorici della fotosintesi intorno ad altre stelle non sono ben comprese, hanno anche lavorato con gli stessi limiti di quelli sulla Terra - tra 400 e 750 nm.
Da questo, Lingam e Loeb hanno calcolato che le stelle di tipo M a bassa massa non sarebbero in grado di superare il flusso UV minimo necessario per garantire una biosfera simile a quella della Terra. Come ha illustrato Loeb:
"Ciò implica che i pianeti abitabili scoperti negli ultimi anni attorno alle vicine stelle nane, Proxima Centauri (la stella più vicina al Sole, a 4 anni luce di distanza, 0,12 masse solari, con un pianeta abitabile, Proxima b) e TRAPPIST-1 ( A 40 anni luce di distanza, 0,09 masse solari, con tre pianeti abitabili TRAPPIST-1e, f, g), probabilmente non hanno una biosfera simile alla Terra. Più in generale, è improbabile che gli studi spettroscopici sulla composizione delle atmosfere dei pianeti che transitano nelle loro stelle (come TRAPPIST-1) trovino biomarcatori, come ossigeno o ozono, a livelli rilevabili. Se viene trovato ossigeno, è probabile che la sua origine non sia biologica. "
Naturalmente, ci sono limiti a questo tipo di analisi. Come precedentemente notato, Lingam e Loeb indicano che i limiti teorici della fotosintesi attorno ad altre stelle non sono ben noti. Fino a quando non impareremo di più sulle condizioni planetarie e sull'ambiente di radiazione attorno alle stelle di tipo M, gli scienziati saranno costretti a utilizzare le metriche basate sul nostro pianeta.
In secondo luogo, c'è anche il fatto che le stelle di tipo M sono variabili e instabili rispetto al nostro Sole e subiscono riacutizzazioni periodiche. Citando altre ricerche, Lingam e Loeb indicano che questi possono avere effetti sia positivi che negativi sulla biosfera di un pianeta. In breve, i bagliori stellari potrebbero fornire radiazioni UV aggiuntive che aiuterebbero a innescare la chimica prebiotica, ma potrebbero anche essere dannose per l'atmosfera di un pianeta.
Tuttavia, escludendo studi più intensivi su pianeti extrasolari che orbitano attorno a stelle nane rosse, gli scienziati sono costretti a fare affidamento su valutazioni teoriche della probabilità che la vita sarebbe su questi pianeti. Per quanto riguarda i risultati presentati in questo studio, sono ancora un'altra indicazione che i sistemi di stelle nane rosse potrebbero non essere il luogo più probabile per trovare mondi abitabili.
Se fosse vero, questi risultati potrebbero anche avere implicazioni drastiche nella ricerca dell'intelligence extraterrestre (SETI). "Poiché l'ossigeno prodotto dalla fotosintesi è un prerequisito per la vita complessa come gli esseri umani sulla Terra, sarà anche necessario che l'intelligenza tecnologica si evolva", ha affermato Loeb. "A sua volta, l'emergere di quest'ultimo apre la possibilità di trovare la vita attraverso firme tecnologiche come segnali radio o artefatti giganti."
Per ora, la ricerca di pianeti abitabili e la vita continua ad essere informata da modelli teorici che ci dicono cosa essere alla ricerca. Allo stesso tempo, questi modelli continuano a basarsi sulla "vita come la conosciamo", vale a dire usando come esempio gli analoghi della Terra e le specie terrestri. Fortunatamente, gli astronomi si aspettano di imparare molto di più nei prossimi anni grazie allo sviluppo di strumenti di prossima generazione.
Più apprendiamo sui sistemi esopianeti, maggiore sarà la probabilità di determinare se siano o meno abitabili. Ma alla fine, non sapremo cos'altro dovremmo cercare fino a quando non lo troveremo davvero. Tale è il grande paradosso quando si tratta della Ricerca di Intelligenza Extra-Terrestre, per non parlare di quell'altro grande paradosso (cercalo!).
