A caccia di “serre umide” per trovare pianeti abitabili

SCOPERTE – Immaginate un pianeta interamente ricoperto da oceani allo stato liquido e abbastanza vicino alla sua stella da poter sviluppare un involucro di vapore acqueo che non fugga nello spazio interstellare. Una sorta di “serra umida” in cui la presenza di acqua rappresenta un ottimo criterio per andare a caccia di vita sul quel pianeta. Il nuovo modello tridimensionale elaborato dai ricercatori della NASA riscrive così i criteri di abitabilità e amplia la ricerca anche a quegli esopianeti che orbitano intorno a stelle fredde e di bassa massa che fino ad oggi erano stati esclusi dalla lista dei candidati più promettenti per ospitare la vita.

Lo studio è stato condotto da Yuka Fujii, ricercatrice del Goddard Instituto for Space Studies della NASA di New York e dell’Earth-Life Science Institute del Tokyo Institute of Technology in Giappone, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal, che ha spiegato:

“Usando un modello che simula più realisticamente le condizioni atmosferiche, abbiamo scoperto un nuovo processo che controlla l’abitabilità degli esopianeti e che ci guiderà a identificare i candidati per i prossimi studi”.

Se i modelli utilizzati fino ad oggi per la simulazione delle condizioni atmosferiche degli esopianeti sono unidimensionali, il nuovo modello testato dal team guidato da Fujii è tridimensionale e questo ha permesso ai ricercatori di studiare anche la circolazione dell’aria nell’atmosfera e le sue caratteristiche. Nello specifico lo studio si è concentrato sulla presenza di acqua allo stato liquido, che è necessaria al prosperare della vita, e questo è possibile solo se le temperature superficiali ne permettono la presenza per un tempo dell’ordine di miliardi di anni.

Se un esopianeta è troppo lontano dalla sua stella madre, le basse temperature porteranno al congelamento dei suoi oceani. Se invece è troppo vicino, l’estrema intensità della radiazione luminosa dalla stella farà evaporare gli oceani fino a causare la risalita del vapore acqueo fin nella stratosfera, lo strato più alto dell’atmosfera del pianeta. Lì, nella stratosfera, l’acqua viene scissa in ossigeno e idrogeno dalla radiazione ultravioletta, con la conseguenza che gli atomi più leggeri andranno persi nello spazio interstellare. Quando un pianeta inizia il processo di perdita del suo vapore acqueo che si concentra nella stratosfera, si dice che sia entrato nello stato di “serra umida”.

I precedenti modelli ipotizzano che affinché il vapore acqueo raggiunga la stratosfera del pianeta, la temperatura superficiale debba essere superiore ai 66 gradi Celsius, ben più alta di qualsiasi record di temperatura raggiunto sulla Terra. I ricercatori guidati da Fujii hanno scoperto che questo processo può essere raggiunto grazie ad un particolare tipo di radiazione emessa dalle stelle più fredde e a bassa massa, la radiazione nel vicino infrarosso (NIR).

Le dense nubi che circondano questi mondi d’acqua sono infatti composte da goccioline d’acqua e cristalli di ghiaccio che assorbono proprio questo tipo di radiazione e si riscaldano fino a permettere la risalita del vapore acqueo nella stratosfera. Si tratta di un processo che è particolarmente rivelante proprio per quegli esopianeti che orbitano intorno alle stelle a bassa massa, che sono meno luminose del nostro Sole ed emettono la maggior parte della loro luce in quelle specifiche lunghezze d’onda.

Questi esopianeti dunque sono più vicini alla loro stella, motivo per cui sono soggetti a maggiore attrazione gravitazionale che causa forti maree in grado di rallentarne la rotazione. La rotazione rallentata porta all’esposizione prolungata di un lato del pianeta alle radiazioni stellari e quindi alla formazione delle dense nubi che, surriscaldate dalla radiazione nel vicino infrarosso, portano alla formazione della “serra umida”.

Se dunque fino ad oggi la distanza ravvicinata tra stella e pianeta ne escludeva l’abitabilità, il risultato raggiunto dal team di ricercatori della NASA ribalta totalmente questa convinzione. Un esopianeta a tale distanza dalla sua stella potrebbe comunque essere abitabile. Si tratta di un nuovo punto di partenza nella caccia ai mondi abitabili al di fuori del sistema solare, dato che questo tipo di stelle sono le più comuni nella galassia e questo, di conseguenza, aumenta la possibilità di trovare un pianeta che potrebbe ospitare la vita. Anthony Del Genio, co-autore dello studio e ricercatore del GISS, ha spiegato:

“Fintanto che conosciamo la temperatura della stella, possiamo stimare se i pianeti vicini hanno il potenziale per entrare nello stato di serra umida. L’attuale tecnologia può così essere utilizzata per spingerci oltre il limite e rivelare anche piccole quantità di vapore acqueo nell’atmosfera di un esopianeta. Ma se c’è abbastanza acqua da essere rivelata, questo significa che probabilmente il pianeta è allo stato di serra umida”.

Il modello, sottolineano i ricercatori, può essere ancora migliorato: variando infatti le caratteristiche del pianeta, ad esempio la gravità, le dimensioni, la composizione atmosferica e la pressione superficiale, sarà possibile studiare la circolazione del vapore acqueo su mondi anche molto diversi dal nostro e trovare nuovi criteri di abitabilità. Il nuovo studio rappresenta dunque un potente strumento nelle mani degli astronomi che si occupano della caccia ai mondi abitabili e le sue potenzialità sono ancora tutte da esplorare.

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