MODELLI SPETTRALI PER INQUADRARNE L’EVOLUZIONE

Guida per cacciatori di vita su esopianeti

Gli astronomi della Cornell University hanno creato cinque modelli spettrali che rappresentano altrettante istantanee, dal punto di vista della composizione chimica dell’atmosfera, corrispondenti a diverse epoche geologiche del nostro pianeta. I modelli saranno molto utili agli astronomi che prossimamente andranno a caccia di esopianeti in sistemi stellari distanti. Tutti i dettagli su ApJ Letters

     30/03/2020
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Abbinato alle osservazioni di potenti telescopi, il modello presentato dagli autori sarà un’utile guida nella caccia alla vita su pianeti extra-solari. Crediti: Carl Sagan Institute

Gli astronomi della Cornell University hanno creato cinque modelli che rappresentano altrettanti momenti chiave in cui si è venuta a trovare la Terra durante la sua evoluzione, ognuno dei quali rappresenta come un’istantanea – dal punto di vista della composizione chimica della sua atmosfera – scattata in corrispondenza a diverse epoche geologiche del nostro pianeta.

Di fatto sono modelli spettrali che si riveleranno molto utili agli astronomi quando prossimamente potranno utilizzare potentissimi telescopi, quali il James Webb della Nasa e l’Extremely Large Telescope dell’Eso, nella caccia di esopianeti simili alla Terra in sistemi stellari distanti.

«Queste nuove generazioni di telescopi spaziali e terrestri, accoppiati con i nostri modelli, ci consentiranno di identificare pianeti come la Terra a circa 50-100 anni luce di distanza», dice Lisa Kaltenegger, direttrice del Carl Sagan Institute. Lo studio che descrive i modelli è stato pubblicato da Kaltenegger e dal suo team di ricerca, tra cui Jack Madden e Zifan Lin, su The Astrophysical Journal Letters.

«Usando il nostro pianeta come riferimento, abbiamo modellato cinque epoche distinte della Terra per creare un modello che ci aiuti a capire come potremmo distinguere una potenziale eso-Terra, da una giovane terra prebiotica, al mondo in cui viviamo», spiega l’astrofisica. «I modelli ci consentono anche di esplorare in quale momento dell’evoluzione terrestre un osservatore distante potrebbe identificare la vita sui pallidi puntini blu che si trovano nell’universo».

I ricercatori hanno creato modelli atmosferici che caratterizzano una Terra di 3.9 miliardi di anni fa: una Terra prebiotica, quando l’atmosfera che ricopriva il pianeta era in gran parte costituita di anidride carbonica. Un secondo modello rappresenta un pianeta privo di ossigeno: una Terra anossica, che risale a 3.5 miliardi di anni fa. Gli altri tre modelli caratterizzano il nostro pianeta in altrettanti fasi evolutive in cui l’ossigeno nell’atmosfera è passato da una concentrazione dello 0.2 per cento ai livelli attuali del 21 per cento.

Temperatura e concentrazione dei principali gas presenti nell’atmosfera terrestre, in funzione dell’altezza dal suolo, dei cinque modelli che rappresentano altrettante epoche dell’evoluzione geologica del nostro pianeta. Ogni modello è rappresentato con un colore diverso: si va da un pianeta prebiotico ricco di anidride carbonica, come doveva essere la Terra intorno a 3.9 miliardi di anni fa, a un’atmosfera anossica intorno a 3.5 miliardi di anni fa, ai tre modelli, che riescono a fotografare l’aumento di ossigeno da un 1 percento rispetto agli attuali livelli di ossigeno in atmosfera, al 21 percento. La concentrazioni sono state riportate per l’acqua, il metano, l’ozono e il monossido di azoto. Crediti: The Astrophysical Journal Letters, Kaltenegger et al., 2020

«La nostra Terra e l’aria che respiriamo sono cambiate drasticamente da quando la Terra si è formata, 4.5 miliardi di anni fa», osserva Kaltenegger, «e per la prima volta, questo lavoro affronta il modo in cui gli astronomi, a caccia di mondi come il nostro, potrebbero individuare giovani pianeti destinati a diventare come la Terra è oggi, usando come modello proprio la storia evolutiva del nostro pianeta».

Nella storia della Terra, la cronologia dell’aumento di ossigeno e della sua abbondanza non è chiara, ha detto Kaltenegger. Ma, se gli astronomi riuscissero a trovare esopianeti con quasi l’uno per cento degli attuali livelli di ossigeno della Terra, inizierebbero a trovare anche tracce biologiche emergenti, ozono e metano, e potrebbero abbinare queste tracce con i modelli corrispondenti a diverse età della Terra. «I nostri spettri di trasmissione mostrano caratteristiche atmosferiche che a un osservatore remoto suggerirebbero che la Terra possedeva una biosfera già due miliardi di anni fa», riferisce Kaltenegger.

Usando potenti telescopi come il James Webb della Nasa, il cui lancio è previsto per marzo 2021, o l’Extremely Large Telescope in Cile, la cui prima luce è in programma nel 2025, gli astronomi potranno osservare un esopianeta mentre transita davanti alla sua stella ospite, rivelando l’atmosfera del pianeta attraverso lo studio dello spettro della luce della stella. «Quando l’esopianeta transita e blocca parte della luce proveniente dalla sua stella, possiamo decifrare le firme spettrali della sua atmosfera», conclude Kaltenegger. «Usando la storia geologica della Terra come chiave, possiamo individuare più facilmente i segni chimici della vita sui pianeti extrasolari lontani».

Un banco di prova per questo genere di misure era stato messo in piedi con successo il 21 gennaio 2019, quando lo spettrografo Pepsi di Lbt aveva osservato lo spettro dell’Earthshine, ossia della luce del Sole riflessa o filtrata della Terra e riflessa, a sua volta, dalla superficie della Luna. Questi nuovi modelli costituiranno un’utile guida da affiancare alle osservazioni dei grandi telescopi, per capire il momento evolutivo dell’esopianeta e riconoscere i segni chimici della vita.

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