HA L’ETÀ CHE AVEVA IL SOLE QUANDO SI SVILUPPÒ LA VITA SULLA TERRA

Bella come il Sole: ecco Kappa 1 Ceti

Una nuova ricerca condotta dalla Nasa ci regala uno sguardo ravvicinato di una stella a soli 30 anni luce di distanza che si pensa assomigli al Sole da giovane. Lo studio ha permesso agli scienziati di comprendere meglio come potesse essere il Sole circa 4 miliardi di anni fa e come potrebbe aver modellato l'atmosfera del nostro pianeta e lo sviluppo della vita sulla Terra. Tutti i dettagli su ApJ

     06/08/2021
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Illustrazione di come poteva essere il Sole 4 miliardi di anni fa, all’incirca nel periodo in cui si sviluppò la vita sulla Terra. Crediti: Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

Quanto sono divertenti (e intriganti) le app che, grazie a un algoritmo di intelligenza artificiale, sono in grado di ringiovanire (e invecchiare) i volti delle persone? Chi non ha mai sognato di incontrare una versione più giovane di sé stesso per dargli qualche “dritta”, capire le origini dei tratti distintivi che ci caratterizzano da adulti e condividere le esperienze fatte e le speranze per il futuro?

Con 4.65 miliardi di anni, il Sole è una stella di mezza età. Gli scienziati spesso si chiedono quali siano state le proprietà che gli hanno permesso, nella sua infanzia, di supportare la vita sulla Terra. Senza una versione di FaceApp che vada bene per il Sole e senza una macchina del tempo per trasportare gli scienziati indietro di miliardi di anni, ripercorrere le prime attività della nostra stella può sembrare un’impresa impossibile. Fortunatamente, nella Via Lattea ci sono più di 100 miliardi di stelle. Una su dieci presenta le stesse caratteristiche del Sole e molte sono nelle prime fasi dello sviluppo.

Kappa 1 Ceti è una di queste. La stella si trova a circa 30 anni luce di distanza (in termini astronomici, è una nostra vicina di casa) e si stima abbia tra i 600 e i 750 milioni di anni (giovanissima, quindi), più o meno la stessa età del Sole quando si è sviluppata la vita sulla Terra. Inoltre, possiede una massa e una temperatura superficiale simili a quelle del Sole. Tutti questi fattori fanno di Kappa 1 Ceti una “gemella” della nostra stella da giovane e un importante obiettivo di studio.

Vladimir Airapetian, astrofisico della Heliophysics Division presso il Goddard Space Flight Center della Nasa, primo autore dello studio appena pubblicato su The Astrophysical Journal, e Meng Jin, fisico solare del Seti Institute e del Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory in California, insieme a diversi colleghi, hanno adattato un modello solare esistente per prevedere alcune delle caratteristiche più importanti, ma difficili da misurare, di Kappa 1 Ceti. Il modello si basa sui dati provenienti da una varietà di missioni spaziali tra cui il telescopio spaziale Hubble e le missioni Transiting Exoplanet Survey Satellite, Nicer della Nasa e Xmm-Newton dell’Esa.

Come i bambini piccoli, le giovani stelle sono note per le loro esplosioni di energia e attività. Per le stelle, questa energia in esubero viene rilasciata sotto forma di vento stellare. I venti stellari, come le stelle stesse, sono per lo più costituiti da un gas supercaldo noto come plasma. Il plasma più energetico, con l’aiuto del campo magnetico della stella, può allontanarsi dalla parte più esterna e calda dell’atmosfera della stella – la corona – con impetuose eruzioni, oppure fluire costantemente verso i pianeti vicini come vento stellare, influenzandone l’ambiente.

Rispetto alle stelle più vecchie, quelle più giovani tendono a generare venti stellari più caldi e vigorosi ed eruzioni di plasma più potenti. Tali esplosioni possono influenzare l’atmosfera e la chimica dei pianeti vicini e forse anche catalizzare lo sviluppo di materiale organico – i mattoni per la vita – su quei pianeti.

Il vento stellare può avere un impatto significativo sui pianeti in qualsiasi fase della loro vita. Ma i venti stellari forti e molto densi delle giovani stelle possono comprimere gli scudi magnetici protettivi dei pianeti circostanti, rendendoli ancora più suscettibili agli effetti delle particelle cariche.

Rappresentazione artistica di un’espulsione di massa coronale che colpisce la debole magnetosfera di una giovane Terra. Crediti: Nasa/Gsfc/Cil

Il Sole è un esempio perfetto. Rispetto a oggi, nella sua infanzia probabilmente ruotava tre volte più velocemente, aveva un campo magnetico più forte ed emetteva radiazioni e particelle ad alta energia più intense. L’impatto di queste particelle è talvolta visibile vicino ai poli del pianeta come aurore, boreale e australe. Secondo Airapetian, 4 miliardi di anni fa, considerando l’impatto del vento solare in quel momento, queste meravigliose luci probabilmente erano visibili da molti più luoghi in tutto il mondo.

L’alto livello di attività del Sole alla nascita potrebbe aver respinto la magnetosfera protettiva della Terra e fornito al pianeta – non abbastanza vicino da essere bruciato, come Venere, né troppo distante come Marte – la giusta chimica atmosferica per la formazione di molecole. Processi simili potrebbero svolgersi nei sistemi stellari della nostra galassia e dell’universo.

«Il mio sogno è trovare un esopianeta roccioso nello stadio in cui si trovava il nostro pianeta più di 4 miliardi di anni fa, modellato dalla sua stella giovane e attiva e quasi pronto a ospitare la vita», confessa Airapetian. «Capire com’era il Sole proprio mentre la vita stava iniziando a svilupparsi sulla Terra ci aiuterà a perfezionare la nostra ricerca di stelle con esopianeti che alla fine potrebbero ospitare la vita».

Sebbene stelle simili al Sole possano aiutare a capire come sia stato il Sole nella sua giovinezza, il tempo non è l’unico fattore di complicazione nello studio: c’è anche la distanza. Nonostante abbiamo strumenti in grado di misurare con precisione il vento solare, non è ancora possibile osservare direttamente il vento stellare di altre stelle della nostra galassia, come Kappa 1 Ceti, perché sono troppo lontane.

Quando gli scienziati desiderano studiare un evento o un fenomeno che non possono osservare direttamente, la modellazione scientifica può aiutare a colmare le lacune. I modelli sono rappresentazioni o previsioni di un oggetto di studio, costruite su dati scientifici esistenti. In passato, gli scienziati avevano già provato a modellare il vento stellare di questa stella, ma usando ipotesi semplificate rispetto a quella che hanno adottato i ricercatori in questo nuovo studio.

Alla base del nuovo modello di Kappa 1 Ceti di Airapetian, Jin e colleghi c’è l’Alfvén Wave Solar Model, che fa parte dello Space Weather Modeling Framework, sviluppato dall’Università del Michigan. Il modello funziona inserendo informazioni note su una stella, inclusi i dati del campo magnetico e delle righe di emissione nell’ultravioletto, per prevedere l’attività del vento stellare. Quando il modello è stato testato sul Sole, è stato convalidato e confrontato con i dati osservativi per verificare che le sue previsioni fossero accurate. «È in grado di modellare i venti e la corona della nostra stella con alta fedeltà», riporta Jin. «È un modello che possiamo usare anche su altre stelle, per prevedere il loro vento stellare e quindi per indagare sull’abitabilità. Che è poi quello che abbiamo fatto nel nostro studio».

Crediti: Nasa/Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

Il team sta anche lavorando a un altro progetto, esaminando più da vicino le particelle che potrebbero essere state emesse dai primi brillamenti solari, nonché la chimica prebiotica sulla Terra. I ricercatori sperano di utilizzare il loro modello per mappare gli ambienti di altre stelle simili al Sole in varie fasi della loro vita. In particolare, hanno gli occhi puntati sulla neonata stella Ek Dra – a 111 anni luce di distanza e con un’età di soli 100 milioni di anni – che probabilmente sta ruotando tre volte più velocemente di Kappa 1 Ceti ed emettendo lampi e plasma. Documentare come queste stelle simili di varie età differiscono l’una dall’altra aiuterà a caratterizzare l’evoluzione tipica della vita di una stella.

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