Credito d'immagine: John Rowe
La ricerca di pianeti simili alla Terra inizia con la ricerca di stelle simili al Sole. All'astronomo Maggie Turnbull è stato chiesto di fare una breve lista di trenta stelle candidate che corrispondessero strettamente al nostro Sole da una lista totale di 2.350 stelle che sono entro cento anni luce da noi. Questo breve elenco, tra cui 37 gemme, sarà utilizzato dalla missione del Pianificatore di pianeti terrestri, che cercherà pianeti abitabili cercando la luce visibile dell'ossigeno o dell'acqua in un pianeta simile alla Terra - un sicuro segno di vita.
La trentasettesima stella più occidentale della costellazione, Gemelli, è una stella giallo-arancione come il nostro sole. La stella si chiama 37 Geminorum, ma per l'astrofisica Margaret Turnbull, la stella è speciale perché offre un case study per considerare ciò che potrebbe qualificarsi come un buon candidato per ospitare pianeti abitabili.
Nel costruire la sua lista di stelle che potrebbero supportare i pianeti con acqua liquida e ossigeno, deve escludere soli estremi: o troppo giovani o troppo vecchi, che ruotano troppo velocemente o che sono abbastanza variabili in luminosità da causare caos climatico su qualsiasi mondo vicino.
A distanza di 56,3 anni luce, la stella 37 Gem non ha ancora mostrato segni rivelatori di avere tali pianeti o pianeti, ma i futuri telescopi della NASA e europei stanno cercando di colpire le stelle proprio come 37 Gem perché potrebbero condividere alcune delle stesse proprietà che hanno reso abitabile il nostro sistema solare. Finora sono stati trovati più di 100 pianeti extrasolari usando telescopi terrestri e le stime per il totale di tali pianeti nella nostra galassia potrebbero ammontare a miliardi di mondi candidati.
Lavorando presso l'Università dell'Arizona a Tucson, a Maggie Turnbull è stato chiesto di fare una breve lista di candidati a trenta stelle che assomigliavano molto ad altri soli in grado di supportare le condizioni per far prosperare la vita. Iniziando la sua ricerca tra le stelle a meno di cento anni luce di distanza, ha prodotto circa 2.350 stelle da considerare ulteriormente.
Turnbull ha recentemente presentato i suoi risultati a un gruppo di scienziati del progetto del telescopio spaziale della NASA, il Terrestrial Planet Finder (TPF), che cercherà pianeti abitabili usando la luce visibile con la "firma" di acqua e / o ossigeno da una Terra- tipo pianeta. Dopo il lancio programmato di TPF intorno al 2013, seguirà il progetto europeo Darwin che coinvolge sei telescopi spaziali.
L'elenco stellare è stato ridotto da un elenco ancora più grande (17.129 stelle in 450 anni luce o 140 parsecs), che Turnbull e il consigliere Jill Tarter dell'Istituto SETI hanno pubblicato per la prima volta nell'Astrophysical Journal. L'elenco divenne noto come Catalogo dei sistemi stellari abitabili vicini (o HabCat). Il loro articolo pubblicato ad agosto, intitolato "Selezione del target per SETI: I. Un catalogo di sistemi abitativi stellari vicini", ha ampliato le precedenti liste di candidati di quasi dieci volte, o di un ordine di grandezza.
Per supportare la vita complessa, una stella candidata deve avere il colore, la luminosità e l'età giusti. Se è una stella di mezza età come la nostra, avrà bruciato abbastanza elementi luminosi fusi per produrre metalli più pesanti come il ferro, ma non così vecchia da far crollare o così giovane che la vita è solo una prospettiva futura lontana. In base a quali frammenti conosciamo su quanto la vita complessa sia apparsa sulla Terra, la ricerca di Turnbull mira a trovare i "riccioli d'oro" di stelle che sembrano "giuste".
Allora perché 37 gemme?
37 Geminorum si trova nella parte nord-occidentale della costellazione dei Gemelli, dal nome dei Gemelli. Per gli astronomi dilettanti con un buon telescopio da cortile, 37 Gem è visibile. Nella mitologia greca, i gemelli Gemelli navigarono con Jason nella ricerca del vello d'oro; durante una tempesta, i gemelli aiutarono a salvare la loro nave ARGO dall'affondamento, e così la costellazione divenne molto apprezzata dai marinai.
La maggior parte delle stelle come la Gemma 37 sono raggruppate in un piccolo numero di classi spettrali, basate approssimativamente sul colore della luce che emettono. Chiamato Henry Draper Catalog, il compendio di stelle elenca le classi spettrali in sette grandi categorie, dalle stelle più calde a quelle più belle. Questi tipi sono designati, in ordine decrescente di temperatura, dalle lettere O, B, A, F, G, K e M. La nomenclatura è radicata in idee a lungo obsolete sull'evoluzione stellare, ma la terminologia rimane. Il nostro sole, classificato su una scala più fine come un tipico nano "G2V", ha circa 4,5 miliardi di anni. La stella candidata, 37 Gem, è similmente di mezza età, ma un po 'più vecchia di un miliardo di anni, a 5,5 miliardi di anni.
Gli spettri di stelle di tipo G come i nostri (e 37 gemme) sono dominati da alcuni elementi chimici, come segnalato dalle loro caratteristiche linee spettrali (o emissioni). Gli elementi di maggior interesse attuale sono i metalli, in particolare per quelle firme stellari ricche di ferro, calcio, sodio, magnesio e titanio. In termini astronomici, rispetto alla classificazione del nostro sole come un tipico nano G2V, 37 Gem ha una temperatura superficiale leggermente più calda. Quindi la scelta principale di Turnbull - 37 Gemme - è catalogata come una nana G0V, il che significa che è anche una stella nana sequenza giallo-arancione. Poiché le stelle G sono caratterizzate dalla presenza di queste linee metalliche e da uno spettro di idrogeno debole, condividono un'età, una massa e una luminosità comuni.
Altrimenti, 37 Gem è vicino al nostro gemello solare, o una controparte simile al Gemelli al Sole: 1,1 volte la massa del nostro sole, 1,03 volte il suo diametro e 1,25 volte la sua luminosità.
Le luminosità sono "forse le informazioni più importanti", ha dichiarato Turnbull al Astrobiology Magazine, "usiamo per determinare l'abitabilità delle stelle vicine" per la vita complessa, perché la luminosità indica in quale fase della vita si trova la stella, e che a sua volta detta per quanto tempo la stella rimarrà stabile.
Astrobiology Magazine ha avuto l'opportunità di parlare con Maggie Turnbull all'Osservatorio Steward di Tucson su come selezionare candidati stellari per l'abitabilità.
Astrobiology Magazine (AM): Il tuo recente sondaggio ha iniziato a guardare a circa 100 anni luce di distanza dal nostro Sole e tutte le stelle verso l'interno da quel raggio, giusto? Quella era la sfera visiva per iniziare la ricerca?
Margaret Turnbull (MT): Ci sono circa 2.350 stelle Hipparcos in 30 parsecs (90 luce
anni), la distanza massima per la missione TPF (Terrestrial Planet Finder). Ci sono circa 5.000 stelle in totale a quella distanza, ma stiamo solo guardando le stelle di Ipparcos, quindi la mia lista di partenza è lunga 2.350 stelle.
AM: Hai mai avuto un telescopio da cortile per vedere 37 gemme?
MT: Dovrebbe certamente essere visibile con un telescopio da cortile, ma no, non l'ho visto con i miei occhi! A causa della fotometria (che misura la sua luminosità) e della spettroscopia (che misura la sua composizione) che ho visto, mi sento come se “lo sapessi” senza averlo mai visto.
Tuttavia, ci sono più osservazioni da fare per 37 gemme. Ad esempio, dobbiamo eseguire l'imaging a infrarossi ad alta risoluzione di questa stella prima di poter dire che dovrebbe essere un bersaglio: se scopriamo che ci sono molti detriti che fluttuano intorno, dovremo toglierlo dall'elenco.
AM: La stella, 37 gemma, era molto diversa dal numero due nella lista dei trenta migliori candidati?
MT: In realtà, le "migliori" stelle sono tutte molto simili tra loro, e in realtà non ha molto senso cercare di classificarle. 37 La gemma sembra essere una delle stelle più vicine che soddisfa anche i criteri ingegneristici, quindi in questo momento sembra un ottimo candidato per la ricerca TPF.
AM: Solo per curiosità, quale stella era ufficialmente il numero due nella lista?
MT: Quando guarderai solo trenta stelle, è meglio che siano tutte "numero uno". Cioè, ogni stella che osserviamo deve essere di primario interesse per la missione, perché non abbiamo tempo da perdere. Stiamo ancora definendo con precisione l'obiettivo primario della missione.
Se l'obiettivo è guardare una gamma di tipi spettrali, allora le stelle migliori possono includere stelle K o M molto vicine, ma se l'obiettivo è guardare 30 delle stelle più simili al Sole, allora stelle come 18 Sco (un solare gemello a 14 parsecs nel Constellation Scorpius), beta CVn (il "segugio") o 51 Peg ("Pegasus", il cavallo volante) possono finire per essere le nostre migliori scommesse.
AM: Ci sono uno o due pezzi di dati mancanti che aiuterebbero la classificazione a perfezionare i candidati stellari?
MT: Al momento, l'imaging a infrarossi ad alta risoluzione è il dato mancante di cui abbiamo sicuramente bisogno. Dobbiamo sapere se queste stelle hanno dischi di detriti polverosi che renderebbe difficile rilevare i pianeti che orbitano lì.
Il Sole ha una notevole quantità di polvere zodiacale perché Giove agita costantemente la cintura di asteroidi e quando gli asteroidi si scontrano aggiungono polvere al Sistema Solare.
Un livello simile di polvere attorno ad altre stelle potrebbe non rovinare le nostre possibilità di vedere i pianeti, ma vorremmo sicuramente ridurlo al minimo.
AM: Quali sono i tuoi progetti futuri per l'elenco stellare a sostegno delle missioni Terrestrial Planet Finder e Darwin?
MT: Non ho ancora presentato la mia lista "finale" al gruppo di lavoro scientifico TPF il 18 e 19 novembre presso l'Osservatorio navale degli Stati Uniti, durante un incontro con altri che stanno creando i propri elenchi.
Ho già presentato la mia metodologia al gruppo, ma ora incontreremo ingegneri che ci spiegheranno i vincoli dello strumento e dovremo perfezionare ulteriormente l'elenco per soddisfare i loro criteri.
I loro criteri includeranno cose come: non può avere una stella compagna in diversi secondi d'arco, anche se la compagna non è un problema per la stabilità del pianeta, perché la luce extra contaminerà il campo visivo; non riesco a guardare le stelle più deboli di circa la sesta magnitudine; può solo guardare le stelle ad almeno ~ 60 gradi di distanza dal Sole durante tutto l'anno, ecc.
AM: Hai pubblicato il tuo primo catalogo di stelle abitabili nell'agosto di quest'anno, e c'è una seconda parte in quella classificazione. Quali sono i piani principali per la parte II di HabCat?
MT: Jill Tarter e io abbiamo recentemente presentato un secondo articolo sulla lista dei target SETI che apparirà nei Supplementi del diario astrofisico a dicembre. Questo documento fornisce un elenco di vecchi cluster aperti ad alta metallizzazione, le 100 stelle più vicine indipendentemente dal tipo stellare e circa 250.000 stelle di sequenza principali dal catalogo Tycho, che saranno tutte osservate dall'Allen Telescope Array (ATA) ogni volta che un HabCat la stella non è disponibile per noi da osservare.
Il raggio ATA primario sarà puntato dai radioastronomi e realizzeranno mappe ad altissima risoluzione dei propri obiettivi, mentre allo stesso tempo osserveremo le stelle HabCat (o le stelle dai nostri elenchi nel Paper 2) per SETI.
AM: Infine, le missioni, Kepler e TPF, stanno pianificando i tipi di miglioramenti che porterebbero a un rilevamento di più pianeti delle dimensioni della Terra, non solo dei giganti gassosi, per una data stella nei loro sondaggi?
MT: Sì. Keplero ci darà un'indicazione di quanto siano comuni i pianeti terrestri osservando migliaia di stelle simili al sole per "transiti" - eventi in cui il pianeta effettivamente passa davanti alla stella in orbita e blocca temporaneamente un po 'della luce della stella.
Terrestrial Planet Finder farà seguito a questo, immaginando in realtà i pianeti in orbita attorno alle stelle più vicine, e dicendoci se questi pianeti hanno atmosfere prendendo spettri.
Siamo in grado di cercare acqua, ossigeno e anidride carbonica e, se siamo fortunati, potremmo anche vedere alcune indicazioni dirette della vita sotto forma di firma vegetale o forte squilibrio atmosferico, come la presenza simultanea di ossigeno e metano (dovuta alla presenza simultanea di piante e batteri metanogeni sulla Terra).
Qual è il prossimo
Qualsiasi missione per rilevare e caratterizzare spettroscopicamente i pianeti terrestri attorno ad altre stelle deve essere progettata in modo da poter rilevare diversi tipi di pianeti terrestri con un risultato utile. Tali missioni sono ora allo studio: il Terrestrial Planet Finder (TPF), della NASA, e Darwin dell'ESA, l'Agenzia spaziale europea. L'obiettivo principale di TPF / Darwin è quello di fornire dati ai biologi e ai chimici dell'atmosfera.
Il concetto TPF / Darwin si basa sul presupposto che si possano selezionare spettroscopicamente pianeti extrasolari per l'abitabilità. Perché tale presupposto sia valido, dobbiamo rispondere alle seguenti domande. Cosa rende abitabile un pianeta e come può essere studiato da remoto? Quali sono i diversi effetti che il biota potrebbe esercitare sugli spettri delle atmosfere planetarie? Quali falsi positivi potremmo aspettarci? Quali sono probabilmente le storie evolutive delle atmosfere? E, soprattutto, quali sono robusti indicatori della vita?
TPF / Darwin devono ispezionare le stelle vicine per individuare sistemi planetari che includono pianeti di dimensioni terrestri nelle loro zone abitabili (pianeti "simili alla Terra"). Attraverso la spettroscopia, TPF / Darwin deve determinare se questi pianeti hanno atmosfere e stabilire se sono abitabili.
La missione di Keplero è prevista anche per il lancio in orbita solare nell'ottobre 2006. Keplero è inteso come una missione per determinare la frequenza dei pianeti interni vicino alla zona abitabile di una vasta gamma di stelle. Keplero osserverà simultaneamente 100.000 stelle nel nostro "quartiere" galattico, alla ricerca di pianeti delle dimensioni della Terra o più grandi all'interno della "zona abitabile" attorno a ciascuna stella - la zona non troppo calda, non troppo fredda dove potrebbe esistere acqua liquida un pianeta.
Per evidenziare la difficoltà di rilevare un pianeta delle dimensioni di una Terra in orbita attorno a una stella lontana, il principale investigatore di Keplero, William Borucki della NASA Ames, sottolinea che occorrerebbero 10.000 Terre per coprire il disco del Sole. Una stima della NASA afferma che Keplero dovrebbe scoprire 50 pianeti terrestri se la maggior parte di quelli trovati sono circa le dimensioni della Terra, 185 pianeti se la maggior parte è del 30 percento più grande della Terra e 640 se la maggior parte è 2,2 volte la dimensione della Terra. Inoltre, si prevede che Keplero troverà quasi 900 pianeti giganti vicino alle loro stelle e circa 30 giganti che orbitano a distanze simili a Giove dalle loro stelle madri.
Poiché la maggior parte dei pianeti giganti del gas ha trovato finora un'orbita molto più vicina alle loro stelle rispetto a Giove rispetto al Sole, Borucki ritiene che durante la missione di 4-6 anni, Keplero troverà una grande proporzione di pianeti abbastanza vicini alle stelle. Se ciò si rivela vero, dice: "Ci aspettiamo di trovare migliaia di pianeti".
Usando i metodi attuali, oggi gli astronomi troverebbero molto difficile rilevare un pianeta delle dimensioni di una Terra attorno alla stella 37 Gem. Le analisi passate hanno tuttavia escluso alcune scelte. Ad esempio, un pianeta gigante come il nostro Giove o Saturno non orbita attorno a 37 gemme. Questi studi hanno suggerito che pianeti giganti da un decimo a dieci volte la massa di Giove non esistono vicino a 37 gemme (entro 0,1-4 unità astronomiche, o una distanza terra-sole, UA, vedi anche Cummings et al, 1999) . A causa delle difficoltà di trovare pianeti deboli vicino a stelle molto più luminose, quasi tutti i pianeti extrasolari trovati finora sono come il nostro Giove: enormi, probabilmente gassosi e difficilmente ospitano condizioni di vita a causa della loro stretta vicinanza a una stella madre .
Ma le condizioni intorno a 37 gemme potrebbero supportare pianeti interni più piccoli come Venere o Terra. Nessuno sa. Solo i sondaggi futuri avranno la strumentazione in grado di trovare pianeti simili alla Terra.
Modelli di stelle come 37 Gem, tuttavia, supportano la possibile esistenza di almeno un'orbita stabile per un pianeta simile alla Terra (con acqua liquida) centrato attorno a una distanza terra-sole (1,12 UA). Un pianeta così presunto orbiterebbe tra le distanze della Terra e di Marte nel nostro Sistema Solare. Questo pianeta da scoprire, se può essere rilevato in studi futuri, avrebbe un anno che dura più di 450 giorni o un periodo orbitale di circa 1,3 anni terrestri.
Dato che la vita generatrice di ossigeno sulla Terra ha impiegato circa due miliardi di anni per attecchire, le stelle molto più giovani di questa probabilmente non avrebbero avuto il tempo sufficiente per evolvere la vita verso forme complesse. Dati i miliardi di anni necessari per l'evoluzione della vita sulla terra, gli scienziati potevano mettere in dubbio se la vita avrebbe avuto una possibilità in un sistema solare di breve durata. Le stelle più calde e più massicce sono sempre state considerate meno propense a ospitare la vita, ma non perché sarebbero troppo calde. I pianeti potrebbero ancora godere di climi temperati, appena più lontano della Terra rispetto al Sole, e in orbite più lontane dalla propria stella madre. Il primo problema di abitabilità è quello del tempo, non della temperatura. Le stelle più calde tendono a bruciarsi più velocemente, forse troppo velocemente perché la vita si sviluppi lì.
Fonte originale: Astrobiology Magazine
