Guardando al futuro, la NASA e altre agenzie spaziali nutrono grandi speranze nel campo della ricerca sui pianeti extra-solari. Nell'ultimo decennio, il numero di esopianeti conosciuti ha raggiunto appena i 4000, e si prevede che ne verranno trovati molti altri una volta messi in servizio i telescopi di prossima generazione. E con così tanti esopianeti da studiare, gli obiettivi della ricerca si sono lentamente spostati dal processo di scoperta e alla caratterizzazione.
Sfortunatamente, gli scienziati sono ancora afflitti dal fatto che quella che consideriamo una "zona abitabile" è soggetta a molte ipotesi. In risposta a ciò, un team internazionale di ricercatori ha recentemente pubblicato un articolo in cui indicava come le future indagini sugli esopianeti potrebbero guardare oltre gli esempi analogici della Terra come indicazioni di abitabilità e adottare un approccio più completo.
Il documento, intitolato "Previsioni delle zone abitabili e come testarle", è stato recentemente pubblicato online ed è stato presentato come un libro bianco all'Astro 2020 Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics. Il team dietro era guidato da Ramses M. Ramirez, un ricercatore del Earth-Life Science Institute (ELSI) e dello Space Science Institute (SSI), a cui si sono uniti co-autori e co-firmatari di 23 università e istituzioni.
Lo scopo del sondaggio decadale è quello di considerare i progressi compiuti in precedenza in vari campi della ricerca e di stabilire le priorità per il prossimo decennio. Pertanto, il sondaggio fornisce una guida cruciale per la NASA, la National Space Foundation (NSF) e il Dipartimento dell'Energia mentre pianificano i loro obiettivi di ricerca in astronomia e astrofisica per il futuro.
Allo stato attuale, molti di questi obiettivi si concentrano sullo studio degli esopianeti, che trarranno beneficio nei prossimi anni dallo spiegamento di telescopi di prossima generazione come il James Webb Space Telescope (JWST) e il Telescopio spaziale a infrarossi ad ampio campo (WFIRST), così come osservatori terrestri come l'Extremely Large Telescope (ELT), il Thirty Meter Telescope e il Giant Magellan Telescope (GMT).
Una delle priorità prioritarie della ricerca sugli esopianeti è la ricerca di pianeti in cui potrebbe esistere una vita extraterrestre. A questo proposito, gli scienziati designano i pianeti come "potenzialmente abitabili" (e quindi degni di osservazioni di follow-up) in base al fatto che orbitano o meno all'interno delle zone abitabili delle loro stelle (HZ). Per questo motivo, è prudente dare un'occhiata a ciò che accade nella definizione di una HZ.
Come Ramirez e i suoi colleghi hanno indicato nel loro documento, uno dei principali problemi con l'abitabilità degli esopianeti è il livello di ipotesi che vengono fatte. Per scomporlo, la maggior parte delle definizioni di HZ presume la presenza di acqua sulla superficie poiché questo è l'unico solvente attualmente noto per ospitare la vita. Queste stesse definizioni presuppongono che la vita richieda un pianeta roccioso con attività tettonica in orbita attorno a una stella sufficientemente luminosa e calda.
Tuttavia, ricerche recenti hanno messo in dubbio molte di queste ipotesi. Ciò include studi che indicano come l'ossigeno atmosferico non significhi automaticamente la presenza della vita, specialmente se quell'ossigeno è il risultato della dissociazione chimica e non della fotosintesi. Altre ricerche hanno dimostrato come la presenza di ossigeno gassoso durante i primi periodi dell'evoluzione di un pianeta potrebbe impedire l'insorgere di forme di vita di base.
Inoltre, ci sono stati studi recenti che hanno dimostrato come la tettonica a zolle possa non essere necessaria per far emergere la vita e che i cosiddetti "mondi acquatici" potrebbero non essere in grado di sostenere la vita (ma potrebbero comunque). Inoltre, hai un lavoro teorico che suggerisce che la vita potrebbe evolversi in mari di metano o ammoniaca su altri corpi celesti.
L'esempio chiave qui è la luna di Saturno, Titano, che vanta un ambiente ricco di condizioni prebiotiche e chimica organica - che alcuni scienziati ritengono possa supportare forme di vita esotiche. Alla fine, gli scienziati cercano biomarcatori noti come l'acqua e l'anidride carbonica perché sono associati alla vita sulla Terra, l'unico esempio noto di un pianeta portatore di vita.
Ma come Ramirez ha spiegato a Space Magazine via e-mail, questa mentalità (dove gli analoghi della Terra sono considerati adatti alla vita) è ancora piena di problemi:
“La definizione classica di zona abitabile è errata perché la sua costruzione si basa principalmente su argomenti climatologici incentrati sulla Terra che possono o meno essere applicabili ad altri pianeti potenzialmente abitabili. Ad esempio, si presume che le atmosfere di CO2 multi-bar possano essere supportate su pianeti potenzialmente abitabili vicino al bordo esterno della zona abitabile. Tuttavia, livelli così elevati di CO2 sono tossici per le piante e gli animali terrestri e, quindi, senza una migliore comprensione dei limiti della vita, non sappiamo quanto ragionevole sia questa ipotesi.
"La classica HZ presume anche che CO2 e H2O siano i gas serra chiave a supporto di pianeti potenzialmente abitabili, ma diversi studi negli ultimi anni hanno sviluppato definizioni alternative di HZ usando diverse combinazioni di gas serra, inclusi quelli che, sebbene relativamente minori sulla Terra, potrebbero essere importante per altri pianeti potenzialmente abitabili. "
In uno studio precedente, il Dr. Ramirez ha mostrato come anche la presenza di metano e idrogeno gassoso possa causare
Fortunatamente, queste definizioni avranno l'opportunità di essere testate, grazie allo spiegamento di telescopi di prossima generazione. Non solo gli scienziati saranno in grado di testare alcune delle ipotesi di vecchia data su cui si basano le HZ,
“I telescopi di prossima generazione potrebbero testare la zona abitabile cercando un aumento previsto della pressione atmosferica di CO2 più lontano che i pianeti potenzialmente abitabili provengono dalle loro stelle. Ciò verificherebbe anche se il ciclo carbonato-silicato, che è ciò che molti credono abbia reso il nostro pianeta abitabile per gran parte della sua storia, è o meno un processo universale. "
In questo processo, le rocce di silicato vengono convertite in rocce di carbonio attraverso agenti atmosferici ed erosione, mentre le rocce di carbonio vengono convertite in rocce di silicato attraverso l'attività vulcanica e geologica. Questo ciclo garantisce la stabilità a lungo termine dell'atmosfera terrestre mantenendo costanti i livelli di CO2 nel tempo. Illustra anche come la tettonica dell'acqua e delle placche sia essenziale per la vita così come la conosciamo.
Tuttavia, questo tipo di ciclo può esistere solo su pianeti che hanno terra, che esclude efficacemente "mondi acquatici". Si ritiene che questi esopianeti - che possono essere comuni attorno alle stelle di tipo M (nano rosso) - siano fino al 50% di acqua in massa. Con questa quantità di acqua sulla loro superficie, è probabile che i "mondi acquatici" abbiano densi strati di ghiaccio al limite del loro mantello, impedendo così l'attività idrotermale.
Ma come già notato, ci sono alcune ricerche che indicano che questi pianeti potrebbero essere ancora abitabili. Mentre l'abbondanza di acqua impedirebbe l'assorbimento di biossido di carbonio da parte delle rocce e sopprimerebbe l'attività vulcanica, le simulazioni hanno dimostrato che questi pianeti potrebbero ancora far circolare il carbonio tra l'atmosfera e l'oceano, mantenendo così il clima stabile.
Se esistono questi tipi di mondi oceanici, afferma il dottor Ramirez, gli scienziati potrebbero rilevarli attraverso la loro bassa densità planetaria e l'atmosfera ad alta pressione. E poi c'è la questione di vari gas serra, che non sono sempre un'indicazione di atmosfere planetarie più calde, a seconda del tipo di stella.
"Sebbene il metano riscaldi il nostro pianeta, abbiamo scoperto che il metano in realtà raffredda le superfici dei pianeti delle zone abitabili in orbita attorno alle stelle rosse nane!" Egli ha detto. “In tal caso, elevate quantità di metano atmosferico su tali pianeti potrebbero significare condizioni di congelamento che forse non sono adatte per ospitare la vita. Potremo osservarlo negli spettri planetari. "
Parlando di nane rosse, il dibattito si scatena sull'opportunità o meno che i pianeti che orbitano attorno a queste stelle siano in grado di mantenere un'atmosfera. Negli ultimi anni, sono state fatte molte scoperte che suggeriscono che i pianeti rocciosi e bloccati in ordine sono comuni intorno alle stelle nane rosse e che orbitano all'interno delle rispettive HZ delle stelle.
Tuttavia, le ricerche successive hanno rafforzato la teoria secondo cui l'instabilità delle stelle nane rosse avrebbe probabilmente comportato bagliori solari che avrebbero spogliato qualsiasi pianeta orbitando attorno alle loro atmosfere. Infine, Ramirez e i suoi colleghi aumentano la possibilità che si possano trovare pianeti abitabili in orbita attorno a quello che è stato (fino a poco tempo fa) considerato un candidato improbabile.
Si tratterebbe di stelle di sequenza A di tipo A - come Sirius A, Altair e Vega - che si pensava fossero troppo luminose e calde per essere adatte all'abitabilità. Il dottor Ramirez ha detto di questa possibilità:
“Sono anche interessato a scoprire se la vita esiste su pianeti abitabili in orbita attorno alle stelle A. Non ci sono state molte valutazioni pubblicate sull'abitabilità planetaria della stella A, ma alcune architetture di prossima generazione hanno intenzione di osservarle. Presto impareremo di più sull'idoneità delle stelle A per la vita. "
Alla fine, studi come questo, che mettono in discussione la definizione di "zona abitabile", torneranno utili quando le missioni di prossima generazione inizieranno le operazioni scientifiche. Con i loro strumenti ad alta risoluzione e più sensibili, saranno in grado di testare e validare molte delle previsioni fatte dagli scienziati.
Questi test confermeranno anche se la vita potrebbe esistere o meno solo come la conosciamo o anche al di là dei parametri che consideriamo "simili alla Terra". Ma, come ha aggiunto Ramirez, lo studio condotto da lui e dai suoi colleghi evidenzia anche quanto sia importante continuare a investire nella tecnologia avanzata del telescopio:
“Il nostro documento sottolinea inoltre l'importanza di un investimento continuo nella tecnologia avanzata del telescopio. Dobbiamo essere in grado di trovare e caratterizzare quanti più pianeti abitabili possibili se vogliamo massimizzare le nostre possibilità di trovare la vita. Tuttavia, spero anche che il nostro documento ispiri le persone a sognare oltre i prossimi 10 anni. Credo davvero che alla fine ci saranno missioni che saranno molto più capaci di qualsiasi cosa stiamo attualmente progettando. I nostri attuali sforzi sono solo l'inizio di uno sforzo molto più impegnato per la nostra specie. "
Il meeting Decadal Survey del 2020 è ospitato congiuntamente dal Board of Physics and Astronomy e dal Space Studies Board della National Academy of Sciences, e sarà seguito da un rapporto che verrà pubblicato tra circa due anni.
