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Mondi abitabili attorno a stelle morte? Lo dirà Jwst

Pianeti di seconda generazione in orbita attorno a una nana bianca – il prodotto finale della vita di una stella come il Sole – rappresentano una promettente opportunità per determinare se la vita possa sopravvivere o generarsi in seguito alla morte della loro stella. Simulazioni condotte alla Cornell University stabiliscono la fattibilità di identificare tracce biologiche nelle atmosfere di questi pianeti usando il telescopio spaziale James Webb

     18/09/2020
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Un pianeta in orbita attorno a una piccola stella produce forti segnali atmosferici quando le passa di fronte, o “transita”, come illustrato nella rappresentazione. Le nane bianche offrono agli astronomi una rara opportunità di caratterizzare i pianeti rocciosi. Crediti: Jack Madden/Carl Sagan Institute

Il destino ultimo del Sole, una volta esaurito il combustibile nucleare che lo sostiene e consente la stabilità del nostro sistema planetario e della vita così come la conosciamo sulla Terra, è quello di diventare una nana bianca. Per fortuna, il Sole è circa a metà del suo percorso nella sequenza principale, e questo turbolento passaggio non avverrà prima di circa cinque miliardi di anni. Per fortuna, certo, d’altra parte come sarebbe possibile continuare a sopravvivere attorno a un nucleo stellare esposto e in fase di raffreddamento progressivo – qual è, appunto, una nana bianca? La risposta arriva dalla Cornell University in una lettera pubblicata in The Astrophysical Journal, e non solo afferma che sarebbe possibile, ma anche che sarebbe verificabile e misurabile. Accadrà nel vicino futuro, con il telescopio in cui oggigiorno vengono riposte le più ambiziose speranze di avanzamento della conoscenza: Jwst, il James Webb Space Telescope.

«Se esistessero pianeti rocciosi attorno a nane bianche, nei prossimi anni potremmo individuare segni di vita su di essi», afferma la prima autrice, Lisa Kaltenegger, professoressa di astronomia al College of Arts and Sciences e direttrice dell’Istituto Carl Sagan.

Ma come mai andare a pescare proprio una stella morta per cercare tracce biologiche di vita nell’atmosfera dei pianeti? La tecnica utilizzata per indagare la composizione chimica atmosferica di pianeti orbitanti attorno a una stella si chiama spettroscopia a trasmissione e analizza il segnale proveniente dall’atmosfera del pianeta quando questo transita davanti alla stella ospite. La rilevabilità di tale fenomeno è tanto maggiore quanto più simili sono i raggi dei due corpi. In questo senso, avendo un raggio paragonabile a quello della Terra, una nana bianca è un candidato decisamente favorevole. Una nana bianca della temperatura superficiale di circa 6000 kelvin – paragonabile, quindi, alla temperatura superficiale del Sole – impiegherebbe, inoltre, diversi miliardi di anni per raffreddare fino a 4000 kelvin, mantenendo caratteristiche stabili nella sua zona abitabile per un periodo lungo circa il doppio di quello offerto dal Sole.

È recentissima anche la prima evidenza osservativa di un pianeta gigante in orbita attorno a una nana bianca, Wd 1856, dimostrazione della possibilità che oggetti di massa planetaria sopravvivano in orbite ravvicinate attorno a queste stelle “morte”. Il pianeta in questione è però un gigante gassoso, inospitale alla vita.

Rappresentazione artistica di una nana bianca, bassa sull’orizzonte, vista da un pianeta roccioso che le orbita attorno. Crediti: Jack Madden/Carl Sagan Institute

«Ora sappiamo che i pianeti giganti possono esistere intorno alle nane bianche, ma prove risalenti a oltre cento anni fa mostrano anche materiale roccioso che inquina la luce di queste stelle. Ci sono certamente piccole rocce nei sistemi di nane bianche», aggiunge Ryan MacDonald, ricercatore associato al dipartimento di astronomia della Cornell University, spiegando che il telescopio spaziale James Webb, il cui lancio è previsto per l’ottobre 2021, si trova in una posizione unica per trovare segni di vita su esopianeti rocciosi. «È un salto logico immediato immaginare un pianeta roccioso come la Terra che orbita attorno a una nana bianca».

Kaltenegger e collaboratori si sono quindi basati su questa ormai assodata consapevolezza per fare una serie di simulazioni di osservabilità di sistemi planetari e pianeti rocciosi in orbita attorno a una nana bianca. Si tratta di una vera e propria analisi di fattibilità osservativa, volta a determinare quali elementi chimici possano essere osservati nelle atmosfere planetarie e quanto tempo osservativo occorrerebbe per rilevarli.

I ricercatori hanno combinato tecniche di analisi all’avanguardia, impiegate per rilevare i gas in atmosfere di esopianeti giganti osservati con il telescopio spaziale Hubble, con modelli di atmosfere planetarie in sistemi di nane bianche sviluppati alla Cornell University. I risultati, con Jwst, sono promettenti.

«Quando si osservano pianeti simili alla Terra in orbita attorno a nane bianche, il James Webb Space Telescope è in grado di rilevare l’acqua e l’anidride carbonica nel giro di poche ore», continua MacDonald. «Due giorni di osservazione con questo potente telescopio permetterebbero inoltre anche la scoperta di traccianti biologici come l’ozono e il metano».

Il Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) della Nasa sta ora cercando candidati rocciosi intorno a nane bianche. Non appena uno di questi mondi venisse trovato, i modelli e gli strumenti sviluppati da Kaltenegger e il suo team per identificare segnali di vita nella sua atmosfera potrebbero essere impiegati.

I risultati delle simulazioni sono stati infine confrontati con quelli di osservazioni analoghe condotte su pianeti rocciosi in orbita attorno a stelle nane di tipo M, i sistemi attualmente più indagati nella ricerca di tracce biologiche. Alla fine del loro articolo gli autori rivelano – a fronte di tempi osservativi decisamente favorevoli nel caso di sistemi di nane bianche, e di una minore contaminazione da parte di macchie stellari data la maggiore superficie coperta dal transito – che le nane bianche sono circa venti volte meno numerose nei dintorni solari rispetto alle stelle di classe M, che la probabilità che esse ospitino pianeti è ancora altamente incerta ma verosimilmente inferiore alle stelle M e infine che l’osservazione del transito è più complessa: la breve durata del fenomeno nonché la minore probabilità che questo avvenga impongono osservazioni brevi e ripetute nel tempo.

Le implicazioni di trovare segni di vita su un pianeta in orbita attorno a una nana bianca sono comunque profonde, commenta Kaltenegger. La maggior parte delle stelle – compreso il Sole per l’appunto – un giorno finirà per diventare una nana bianca.

«E se la morte della stella non fosse la fine della vita?», conclude. «La vita potrebbe continuare anche dopo la morte del nostro Sole? I segni della vita sui pianeti che orbitano attorno alle nane bianche non solo mostrerebbero l’incredibile tenacia della vita, ma forse anche uno sguardo al nostro futuro».