Come il software di modellazione di esopianeti della NASA ha simulato le condizioni sulla Terra-Twin Proxima B

La scorsa settimana, la Terra si è svegliata con la notizia che ha un gemello in orbita attorno a Proxima Centauri, una stella nana rossa e il vicino più vicino del Sole, a soli 4,24 anni luce di distanza. Proxima b, come viene chiamato questo pianeta gemello, è un po' più grande della Terra e orbita attorno alla sua stella ogni 11 giorni a una distanza che è solo 1/20 della Terra dal sole.

Ma poiché Proxima Centauri è molto meno luminoso del sole, Proxima b si trova bene all'interno della cosiddetta zona abitabile in cui potrebbe esistere acqua liquida sulla sua superficie. Ciò ha portato a speculazioni dettagliate su come potrebbe essere la superficie di Proxima b e quanto è probabile che queste condizioni possano sostenere la vita.

Ma la NASA ha uno strumento di modellazione software chiamato VPlanet che modella le condizioni sugli esopianeti in base a ciò che si sa su di loro, sulla loro stella madre e sui processi di evoluzione planetaria. VPlanet prevede quindi le possibili condizioni sulla superficie e prevede se il pianeta è abitabile o meno.

Oggi Rory Barnes e i suoi amici dell'Astrobiology Institute della NASA affermano di aver lasciato che VPlanet elaborasse i dati raccolti su Proxima b. Ciò ha consentito loro di prevedere possibili condizioni su Proxima b.

VPlanet inizia scomponendo il problema di determinare l'abitabilità degli esopianeti in nove compiti separati che esplorano ciascuno un aspetto diverso dell'evoluzione planetaria. Ad esempio, un compito esamina l'evoluzione della stella madre per vedere come i cambiamenti di luminosità, ad esempio, avrebbero influenzato l'ambiente circostante il pianeta. Un altro esamina il movimento di questo sistema stellare attraverso la galassia, alla ricerca di incontri ravvicinati che potrebbero essere stati influenti.

Ancora un altro modulo esamina il trasporto di calore dal nucleo del pianeta alla superficie per vedere come questo avrebbe influenzato la temperatura sulla superficie. E un altro simula il modo in cui l'atmosfera del pianeta potrebbe essere fuggita nello spazio e quanto rimarrebbe al suo posto oggi. E così via.

I risultati di questo processo di modellazione costituiscono una lettura interessante. Un modo per fare previsioni che coinvolgono situazioni complesse è eseguire una simulazione molte volte per vedere se di solito finiscono nello stesso posto. VPlanet utilizza questa tecnica per modellare l'influenza delle stelle di passaggio sull'orbita di Proxima b selezionando casualmente parametri orbitali ragionevoli per 10.000 diverse simulazioni. In ogni caso, il team ha interrotto la simulazione quando l'orbita di Proxima b è diventata instabile.

Ciò è accaduto in circa il 15 per cento delle prove. Questo è importante perché questo tipo di instabilità avrebbe un enorme impatto sull'abitabilità di un pianeta.

VPlanet ha anche concluso che se Proxima b si è formata alla sua attuale distanza dalla sua stella, deve essere bloccata dalle maree. In altre parole, presenta continuamente la stessa faccia alla sua stella, come fa la luna alla Terra. Ciò renderebbe un lato del pianeta bollente mentre l'altro è gelido. Non sarebbe adatto alla vita.

C'è un avvertimento, tuttavia. Se l'atmosfera del pianeta fosse sufficientemente densa da trasportare efficacemente il calore intorno al pianeta, la temperatura sarebbe molto più gradevole e Proxima b potrebbe essere ancora abitabile mentre è bloccato dalle maree.

Naturalmente, il pianeta potrebbe essere migrato alla sua attuale distanza da qualche altra parte, nel qual caso non sarebbe bloccato in marea.

Lo stato dell'atmosfera di Proxima b è un'altra preoccupazione cruciale. A questo proposito, VPlanet simula molti scenari potenziali partendo dal presupposto che il pianeta abbia avuto origine con un'abbondante riserva idrica, più volte quella terrestre. In queste condizioni, VPlanet prevede che la maggior parte dell'acqua si decomponga e che l'idrogeno risultante fuoriesca nello spazio. Se Proxima b si è formato con meno di dieci volte il contenuto d'acqua della Terra e/o ha avuto una convettiva persistente, riducendo l'oceano di magma, è probabile che oggi sia essiccato, afferma il team.

C'è un'altra possibilità: che Proxima b avesse un involucro di idrogeno che fuoriesce nello spazio preservando l'acqua in superficie. In questo caso, Proxima b sarebbe abitabile oggi, anche se Barnes e compagni non sono in grado di stabilire quanto sia probabile.

In breve, VPlanet suggerisce che Proxima b potrebbe attualmente esistere in un'ampia gamma di possibili stati, alcuni dei quali potrebbero sostenere la vita mentre altri no. Barnes e colleghi concludono che Proxima b potrebbe essere simile a Venere, essiccato, caldo e inadatto alla vita; potrebbe essere simile a Nettuno, circondato da un involucro di idrogeno che renderebbe la superficie troppo calda per essere abitabile.

VPlanet prevede anche che Proxima b potrebbe essere così ricco di ossigeno da impedire l'evoluzione della vita: l'ossigeno, ovviamente, è altamente reattivo e un potente ossidante.

Ma la previsione più eccitante è che Proxima b è simile alla Terra con acqua liquida e un'atmosfera favorevole alla vita. In tal caso, dicono Barnes e colleghi, sembrerebbe un punto viola pallido quando finalmente lo osserviamo.

È un po' sorprendente dato che la sua stella madre è una nana rossa ma non così diversa dall'aspetto della Terra come un punto blu pallido, se qualcuno su Proxima b guarda in questo modo.

Naturalmente, ciò di cui gli astrobiologi hanno bisogno ora sono più dati. Proxima b diventerà sicuramente il pianeta più studiato al di fuori del nostro sistema solare. La prossima generazione di telescopi spaziali getterà la luce tanto necessaria sulla questione. I dati che raccolgono aiuteranno a ridurre la gamma di possibili traiettorie evolutive che Proxima b potrebbe aver preso.

Il principale tra questi osservatori è il James Webb Space Telescope, il cui lancio è previsto nel 2018, e il Wide Field Infrared Survey Telescope, il cui lancio è previsto per la metà degli anni 2020. La prossima generazione di telescopi terrestri, che avrà un diametro di oltre 30 metri, dovrebbe anche essere in grado di intravedere il gemello terrestre.

Questi strumenti saranno in grado di effettuare indagini spettrografiche dell'atmosfera di Proxima b, alla ricerca di accenni di ossigeno, metano, anidride carbonica e idrogeno. Ciò potrebbe dare un'idea del fatto che le condizioni presenti siano favorevoli alla vita. Un giorno, la Terra potrebbe persino svegliarsi alla notizia che gli astronomi hanno rilevato il luccichio oceanico: la luce delle stelle che si riflette sull'acqua del mare mentre il pianeta ruota. Che momento emozionante sarebbe.

Rif: arxiv.org/abs/1608.06919 : L'abitabilità di Proxima Centauri b I: Scenari evolutivi; arxiv.org/abs/1608.08620 : L'abitabilità di Proxima Centauri b II: Stati ambientali e discriminanti osservazionali

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