Uno studio condotto da SwRI suggerisce che l’età della stella ospite e l’abbondanza di radionuclidi aiuteranno a determinare sia la storia di un esopianeta che la sua attuale probabilità di possedere oggi un clima temperato. Ad esempio, la stella nana rossa Trappist-1 ospita il più grande gruppo di pianeti di dimensioni confrontabili con quelle terrestri mai trovato in un unico sistema stellare, con sette pianeti rocciosi di cui quattro nella zona abitabile. Ma a circa 8 miliardi di anni, questi mondi sono circa 2 miliardi di anni più vecchi della stima più ottimistica prevista da questo studio e difficilmente supporteranno oggi un clima temperato. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
Mentre la comunità scientifica cerca mondi in orbita attorno a stelle vicine che potrebbero potenzialmente ospitare la vita, una nuova ricerca guidata dal Southwest Research Institute suggerisce che gli esopianeti rocciosi più giovani hanno maggiori probabilità di supportare climi temperati simili a quello terrestre.
In passato, gli scienziati si sono concentrati su pianeti situati all’interno della zona abitabile di una stella, dove non c’è né troppo caldo né troppo freddo e potrebbe quindi esservi acqua superficiale allo stato liquido. Tuttavia, anche all’interno di questa cosiddetta zona “Riccioli d’oro” (o Goldilocks zone) i pianeti potrebbero sviluppare climi inospitali per la vita. Infatti, il mantenimento dei climi temperati richiede che un pianeta disponga di calore sufficiente per alimentare un ciclo del carbonio su scala planetaria. Una sorgente fondamentale di questa energia è il decadimento degli isotopi radioattivi di uranio, torio e potassio. Questa fonte di calore critica può alimentare la convezione del mantello di un esopianeta roccioso: il materiale più caldo risale verso la superficie dell’esopianeta dove, cedendo calore all’atmosfera – attraverso il degasaggio (degassing) – si raffredda diventando denso e pesante, per poi ridiscendere negli strati più caldi del pianeta e ricominciare il ciclo. Il gas che fuoriesce dai vulcani in superficie è una sorgente primaria di CO2 nell’atmosfera, che aiuta a mantenere caldo il pianeta. Senza questa fuoriuscita di gas del mantello, è improbabile che i pianeti riescano a possedere climi temperati e abitabili come quello terrestre.
«Sappiamo che questi elementi radioattivi sono necessari per regolare il clima, ma non sappiamo per quanto tempo riescano a farlo, perché nel tempo decadono», spiega Cayman Unterborn, primo autore dello studio pubblicato su Astrophysical Journal Letters. «Inoltre, gli elementi radioattivi non sono distribuiti uniformemente in tutta la Galassia e, con l’invecchiamento dei pianeti, possono esaurire il calore e il degasaggio cesserà. Poiché i pianeti possono avere quantità più o meno importanti di questi elementi rispetto alla Terra, volevamo capire in che modo questa variazione potrebbe influenzare quanto a lungo gli esopianeti rocciosi possono supportare climi temperati simili alla Terra».
Lo studio degli esopianeti è impegnativo. La tecnologia odierna non può misurare la composizione della superficie di un esopianeta, tanto meno quella del suo interno. Tuttavia, gli scienziati possono misurare spettroscopicamente l’abbondanza di elementi in una stella, studiando come la luce interagisce con gli elementi negli strati superiori della stella. Usando questi dati, possono dedurre di cosa sono fatti i pianeti in orbita attorno alla stella.
«Usando le stelle ospiti per stimare la quantità di questi elementi che sarebbero arrivati nei pianeti nel corso della storia della Via Lattea, abbiamo calcolato per quanto tempo possiamo aspettarci che i pianeti presentino abbastanza vulcanismo per supportare un clima temperato, prima di rimanere senza energia», afferma Unterborn. «Nelle condizioni più pessimistiche, stimiamo che questa età critica sia solo di circa 2 miliardi di anni per un pianeta di massa terrestre e raggiunga i 5-6 miliardi di anni per pianeti di massa superiore, nelle condizioni più ottimistiche. Per i pochi pianeti di cui conosciamo l’età, abbiamo scoperto che solo pochi erano abbastanza giovani da permetterci di affermare con sicurezza che potrebbero avere un degasaggio superficiale del carbonio, quando lo osserveremo, ad esempio, con il telescopio spaziale James Webb».
Questa ricerca ha combinato dati osservativi diretti e indiretti con modelli dinamici per capire quali parametri influenzano maggiormente la capacità di un esopianeta di supportare un clima temperato. Ulteriori simulazioni ed esperimenti di laboratorio quantificheranno l’intervallo ragionevole di questi parametri. Con il James Webb Space Telescope sarà possibile misurare la variazione tridimensionale delle atmosfere degli esopianeti. Queste misurazioni approfondiranno la conoscenza dei processi atmosferici e delle loro interazioni con la superficie e l’interno del pianeta, il che consentirà agli scienziati di stimare meglio se un esopianeta roccioso in zone abitabili è troppo vecchio per essere simile alla Terra.
«Gli esopianeti senza degasaggio attivo hanno maggiori probabilità di essere pianeti freddi, i cosiddetti “pianeti palle di neve”», ha detto Unterborn. «Anche se non possiamo dire che altri pianeti oggi non si stiano degassando, possiamo dire che richiederebbero condizioni speciali per farlo, come il riscaldamento delle maree o la tettonica a placche. Ciò include gli esopianeti rocciosi di alto profilo scoperti nel sistema stellare Trappist-1. Indipendentemente da ciò, i pianeti più giovani con climi temperati possono essere i posti più semplici in cui cercare altre Terre».
Per saperne di più:
- Leggi su Astrophysical Journal Letters l’articolo “Mantle Degassing Lifetimes through Galactic Time and the Maximum Age Stagnant-lid Rocky Exoplanets can Support Temperate Climates” di Cayman T. Unterborn, Bradford J. Foley, Steven J. Desch, Patrick A. Young, Gregory Vance, Lee Chiffelle, and Stephen R. Kane