Tra i 6366 esopianeti scoperti finora, ce ne sono alcuni che più di altri rappresentano obiettivi primari nella ricerca di vita oltre la Terra: i pianeti rocciosi di dimensioni terrestri che orbitano attorno alle stelle nane di tipo M. Il motivo di tanto interesse verso questi mondi è legato all’abbondanza e alla longevità delle loro stelle madri, ma soprattutto al fatto che molti di essi si trovano nella zona abitabile della stella, l’intervallo di distanze orbitali che consente la presenza di acqua liquida in superficie.
L’intensa attività stellare delle nane rosse e la rotazione sincrona di questi mondi, tuttavia, sollevano parecchi interrogativi sulla loro potenziale abitabilità. Nonostante siano più piccole e fredde del nostro Sole, le nane rosse possono infatti generare superbrillamenti con un’intensità centinaia o migliaia di volte superiore a quella solare. Inoltre, poiché la zona abitabile è molto vicina alla stella, i pianeti che la occupano si trovano spesso in blocco mareale (tidal locking). In questa configurazione, il periodo di rivoluzione del pianeta coincide con quello di rotazione su se stesso, facendo sì che il pianeta mostri alla stella sempre la stessa faccia proprio come fa la Luna con la Terra.
Immagine che mostra la distribuzione della temperatura superficiale dei 22 esopianeti oggetto dello studio. L’obliquità e l’eccentricità orbitale sono poste a zero e tutti i pianeti sono in rotazione sincrona, con pressione e composizione atmosferica simili a quelle terrestri. Le linee bianche indicano il terminatore, il confine tra il lato illuminato e quello in ombra del pianeta. I punti neri indicano le regioni in cui prevale il ghiaccio. Crediti: Bisesi et al., astrobiology, 2026
Mondi con simili caratteristiche non sembrano esattamente il luogo più favorevole per ospitare acqua liquida. Ma è davvero così? Per rispondere alla domanda, un team guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica ha studiato il clima di alcuni di questi esopianeti, cercando di capire se possano offrire condizioni compatibili con la vita. La ricerca nasce da una collaborazione interdisciplinare tra astrofisici, climatologi e biologi sviluppata nell’ambito di Asteria: un progetto di astrobiologia, finanziato dall’Agenzia spaziale italiana, il cui obiettivo è mettere in relazione i modelli climatici e di abitabilità con le risposte biologiche di organismi fotosintetici, in particolare i cianobatteri, andando oltre la semplice presenza di acqua liquida per stimare la potenziale abitabilità fotosintetica, la produzione di ossigeno e le possibili biosignature osservabili. I risultati dello studio sono stati pubblicati il mese scorso sulla rivista Astrobiology.
«Il contesto scientifico da cui siamo partiti nasce da un interrogativo fondamentale nella ricerca moderna sugli esopianeti», spiega Media Inaf Erica Bisesi, ricercatrice all’Inaf di Trieste e prima autrice dello studio. «I mondi rocciosi in rotazione sincrona (tidally locked) che orbitano attorno alle stelle nane M – le più comuni nella nostra galassia – possono realmente ospitare acqua liquida e sostenere la vita? Sebbene siano i bersagli più promettenti e accessibili nella ricerca di mondi abitabili, la loro particolare geometria orbitale crea infatti condizioni estreme: un emisfero è costantemente esposto alla luce della stella e l’altro è immerso in un buio e un freddo perenni».
Per far luce sulla questione, gli scienziati hanno selezionato dall’Habitable Worlds Catalog – il database che raccoglie i mondi potenzialmente abitabili scoperti finora – 22 pianeti con i valori più elevati dell’indice di similarità terrestre (Earth Similarity Index, Esi), una misura del grado di somiglianza di un pianeta alla Terra sulla base di alcune sue proprietà fisiche. Utilizzando il modello climatico PlaSim (Planet Simulator) – un codice originariamente sviluppato per simulare il clima terrestre – qui appositamente modificato per studiare le dinamiche dei pianeti in rotazione sincrona 1:1, i ricercatori hanno quindi tracciato l’evoluzione climatica dei diversi pianeti. Hanno così analizzato il comportamento del sistema al variare di parametri chiave come la pressione atmosferica e la quantità di anidride carbonica.
La ricercatrice dell’Inaf di Trieste, prima autrice dello studio pubblicato su Astrobiology, Erica Bisesi
La valutazione dell’abitabilità tramite due metriche basate sulla temperatura, il biologically motivated index – definito come la frazione della superficie planetaria la cui temperatura è compresa tra zero e cinquanta gradi Celsius – e il liquid water habitability index – che considera invece l’intervallo più ampio di temperature comprese tra il punto di congelamento e quello di ebollizione dell’acqua – ha costituito l’ultima fase del lavoro.
«Questo studio è stato reso possibile grazie all’adattamento e all’applicazione mirata di un modello climatico avanzato a una nuova classe di mondi», aggiunge Bisesi. «I codici climatici tradizionali e i modelli di circolazione generale nascono per studiare la Terra o pianeti con cicli giorno-notte regolari. Adattare e modificare PlaSim per simulare in modo specifico la complessa dinamica atmosferica dei pianeti in rotazione sincrona ci ha permesso di esplorare con precisione la meteorologia estrema di questi mondi».
Considerando tutti i mondi in esame “pianeti acquatici”, cioè pianeti simili alla Terra tranne per il fatto che la loro superficie è uniformemente ricoperta d’acqua, e sulla base della temperatura superficiale media annua globale e della distribuzione del ghiaccio, l’indagine ha permesso di identificare tre regimi climi distinti: hot, snowball ed eyeball, gli ultimi due così chiamati per via delle caratteristiche che danno ai pianeti che li sperimentano.
«Per la prima volta, un campione selezionato di pianeti con il più alto indice di somiglianza con la Terra, tratto dall’Habitable Worlds Catalog, è stato studiato utilizzando lo stesso identico framework e modello climatico, permettendo così un confronto diretto e rigoroso tra i diversi mondi», sottolinea Bisesi. «Far girare queste simulazioni tridimensionali non è stato affatto semplice: trovare il giusto equilibrio climatico al variare della pressione atmosferica ha richiesto mesi di calcoli complessi, perché il sistema rischiava continuamente di collassare in un blocco di ghiaccio o in un forno rovente prima di stabilizzarsi».
Ma entriamo nel dettaglio dei tre climi. I pianeti caratterizzati da un regime climatico di tipo hot presentano climi caldi e un gradiente di temperatura relativamente moderato tra i due emisferi, buio e illuminato, spiegano i ricercatori. Sono quasi privi di ghiaccio e possono sperimentare un effetto serra incontrollato, condizioni che li rendono inabitabili; potrebbero ospitare acqua liquida, ma solo in presenza di specifiche condizioni atmosferiche capaci di favorire un sufficiente raffreddamento. Tra i pianeti esaminati nello studio, Teegarden’s Star b, Trappist-1 d, Ross 128-b e Gj 1061 c avrebbero questo tipo di clima.
Illustrazione artistica realizzata con l’ausilio dell’intelligenza artificiale da Giuseppe Murante (Inaf Trieste), che raffigura tre pianeti caratterizzati dai diversi esoclimi individuati nello studio
I pianeti con un clima di tipo snowball, letteralmente “palla di neve”, sono mondi estremamente freddi, con temperature sempre inferiori a -93 gradi Celsius e una superficie interamente ricoperta di ghiaccio, da cui il nome dei pianeti con questo clima. Anche in questo caso, le condizioni ambientali rendono questi pianeti inabitabili. Tra gli esempi individuati ci sono Trappist-1 f, Trappist-1 g, Teegarden’s Star c e Kepler-1229 b.
I pianeti con un clima di tipo eyeball, infine, hanno un anello circolare temperato attorno al punto substellare – il punto della superficie planetaria in cui la stella si trova allo zenit – circondato da aree ricoperte di ghiaccio: una caratteristica geografica che ricorda la forma di un occhio, da cui il nome “eyeball”. Ed è proprio questo clima a riservare uno dei risultati più interessanti del lavoro. Le simulazioni mostrano infatti che questa configurazione climatica può rimanere stabile in un ampio intervallo di pressioni atmosferiche, mantenendo nella regione temperata attorno al punto substellare un ambiente nel quale l’acqua può rimanere allo stato liquido. Presentano questo tipo di clima Toi-700 d, Proxima Cen b, Gj 1002 b, Wolf 1069 b e Trappist-1 e.
«Visti dallo spazio, i mondi eyeball sembrano davvero dei giganteschi occhi cosmici: hanno una “pupilla” centrale che corrisponde alla zona temperata dove splende la stella, con acqua liquida e un ciclo idrogeologico locale, circondata da distese di ghiaccio perenne», dice a questo proposito Bisesi. «Scoprire che questi “occhi” mantengono una stabilità climatica sorprendente in un ampio intervallo di pressioni rende queste regioni un rifugio extraterrestre inaspettato, dove potremmo cercare tracce di vita aliena».
«Grazie a questa ricerca abbiamo compiuto passi in avanti significativi nella comprensione del clima e dell’abitabilità dei pianeti in rotazione sincrona », conclude la ricercatrice. «Il nostro lavoro chiarisce in modo sistematico come i pianeti con un alto indice di somiglianza con la Terra (Esi) si distribuiscano nelle tre macro-categorie climatiche individuate. Il confronto sistematico tra i diversi pianeti ci ha permesso di individuare quelli per cui le condizioni favorevoli all’abitabilità risultano più robuste al variare della pressione atmosferica, un’informazione utile anche per identificare i target più interessanti per future caratterizzazioni atmosferiche. Stiamo fornendo un quadro teorico coerente e comparativo, e colmando il divario tra i dati statistici dei cataloghi planetari (come l’Habitable Worlds Catalog) e la complessa fisica della circolazione atmosferica tridimensionale».
Per saperne di più:
- Leggi su Astrobiology l’articolo “Assessing the Climate and Habitability of Tidally Locked Rocky Exoplanets” di Erica Bisesi, Giuseppe Murante, Jost von Hardenberg, José A. Caballero, Michele Maris, Daniela Billi, Nicoletta La Rocca e Laura Silva