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La vita probabilmente non può esistere su tanti pianeti come pensavamo una volta
Adrian Pelletier | Spruzza
Quando il Kepler Space Observatory è stato lanciato nel 2009, ha iniziato a trovare pianeti attorno ad altre stelle a una velocità che ha entusiasmato gli astronomi. Questi dati hanno portato alla stima che la nostra galassia debba contenere circa 40 miliardi di pianeti simili alla Terra che orbitano nelle zone abitabili di stelle simili al sole e nane rosse.
La zona abitabile è la regione intorno a una stella in cui può esistere acqua liquida sulla superficie di un pianeta. È importante perché le prove sulla Terra suggeriscono che l'acqua liquida è cruciale per la vita. E se la vita inizia facilmente su mondi simili alla Terra, i numeri di Keplero suggeriscono che la nostra galassia deve essere brulicante di vita. Quindi la corsa è aperta per trovarne le prove. Vari telescopi spaziali sono stati progettati per cercare la firma spettroscopica unica che la vita deve produrre.
Ma una sfida chiave sarà trovare i migliori bersagli: pianeti in cui le condizioni sembrano più favorevoli alla vita complessa. E gli astrobiologi hanno iniziato a sottolineare che l'acqua liquida da sola non basta. Se la Terra è qualcosa su cui basarsi, anche la proporzione di altre molecole è importante. Ad esempio, troppa anidride carbonica o monossido di carbonio uccidono la vita complessa come la conosciamo.
Oggi Edward Schwieterman del NASA Astrobiology Institute di Riverside, in California, e alcuni colleghi hanno rivisto la definizione di zona abitabile per tenere conto dei livelli di monossido di carbonio e anidride carbonica. Di conseguenza, affermano che la zona abitabile per la vita complessa deve essere significativamente più piccola, circa un quarto dell'ampiezza consentita dalla definizione precedente. I nostri risultati hanno una serie di importanti implicazioni per la ricerca delle firme biologiche degli esopianeti e della vita complessa al di là del nostro sistema solare, affermano Schwieterman e co.
Prima un po' di background. La dimensione di una zona abitabile è difficile da calcolare perché le temperature superficiali dipendono da vari processi di feedback nell'atmosfera, come l'effetto serra. La definizione convenzionale di zona abitabile specifica un'atmosfera contenente azoto, anidride carbonica e acqua, stabilizzata dallo stesso processo di feedback carbonato-silicato che esiste sulla Terra.
Il ciclo carbonato-silicato è un processo a lungo termine in cui le rocce silicatiche reagiscono con acqua e anidride carbonica per creare rocce carbonatiche, che vengono poi riconvertite in rocce silicatiche e gas di anidride carbonica da alte pressioni e temperature e dal vulcanismo. Ciò porta a un circuito di feedback che mantiene i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera relativamente stabili, consentendo a un effetto serra di aumentare le temperature superficiali.
Al limite interno della zona abitabile, livelli relativamente bassi di anidride carbonica possono creare temperature sufficientemente elevate per l'acqua liquida. Sulla Terra, i livelli di anidride carbonica necessari sono variati nel corso della storia da decine a centinaia di parti per milione.
Ma per le regioni centrali ed esterne della zona abitabile, le concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera devono essere molto più elevate per mantenere temperature favorevoli all'acqua liquida superficiale, affermano Schwieterman e co.
Ad esempio, un esopianeta spesso considerato un buon candidato per la vita extraterrestre è Kepler-62f. Questo pianeta è circa tre volte la massa della Terra e orbita attorno al suo host iniziale nella costellazione della Lira a circa la stessa distanza di Venere. Ma poiché l'ospite è meno luminoso del sole, Kepler-62F riceve all'incirca la stessa quantità di luce solare di Marte, quindi si trova sul bordo esterno della zona abitabile.
L'effetto serra potrebbe facilmente rendere Kepler-62f abbastanza caldo per l'acqua liquida. Ma Schwieterman e colleghi hanno calcolato che sarebbero necessarie da tre a cinque barre di anidride carbonica per fare il trucco. È 1.000 volte più di quanto sia mai esistito sulla Terra durante la storia della vita complessa qui.
Il team sottolinea che questi livelli di anidride carbonica sono velenosi per la vita più complessa sulla Terra oggi e che si pensa che livelli aumentati in passato siano stati un fattore significativo nelle estinzioni di massa. I limiti fisiologici al livello di anidride carbonica che la vita può tollerare devono essere presi in considerazione nella definizione delle zone abitabili. Quindi, dopotutto, Kepler-62f potrebbe non essere un buon candidato.
Il monossido di carbonio minaccia anche la vita complessa. Schwieterman e colleghi calcolano che è probabile che i pianeti in orbita attorno a stelle fredde abbiano livelli più elevati di monossido di carbonio perché le condizioni fotochimiche sono più favorevoli alla sua produzione. Questo pone un altro vincolo sulle zone abitabili.
Il calcolo finale del team è quello di capire come questi vincoli cambiano la nostra attuale comprensione delle dimensioni della zona abitabile. Un'implicazione è che potremmo non aspettarci di trovare segni di vita intelligente o firme tecnologiche su pianeti in orbita attorno a nane tardo M o su pianeti potenzialmente abitabili vicino al bordo esterno delle loro zone abitabili, affermano Schwieterman e co.
Ciò avrà un impatto significativo sulle future ricerche di firme biologiche da altri pianeti. Gli astronomi potrebbero decidere di concentrarsi su stelle più calde, simili al sole, dove le condizioni per una vita complessa sono probabilmente più favorevoli.
Ma i progettisti dei futuri telescopi spaziali non devono temere per la mancanza di obiettivi. Anche se la zona abitabile è significativamente più piccola di quanto si pensasse in precedenza, è probabile che ci saranno molte centinaia di milioni di candidati solo nella nostra galassia. Dovrebbe essere più che sufficiente per le missioni attualmente pianificate.
Rif: arxiv.org/abs/1902.04720 : Una zona abitabile limitata per una vita complessa