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    Il primo studio per combinare la modellazione climatica 3D con la chimica perfeziona quali esopianeti sono potenzialmente abitabili

    La concezione di un artista mostra un ipotetico pianeta con due lune in orbita all'interno della zona abitabile di una stella nana rossa. Credito:NASA/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics/D. Aguilar

    Per cercare la vita nello spazio esterno, gli astronomi devono prima sapere dove guardare. Un nuovo studio della Northwestern University aiuterà gli astronomi a restringere la ricerca.

    Il team di ricerca è il primo a combinare la modellazione climatica 3D con la chimica atmosferica per esplorare l'abitabilità dei pianeti intorno alle stelle nane M, che costituiscono circa il 70% della popolazione galattica totale. Utilizzando questo strumento, i ricercatori hanno ridefinito le condizioni che rendono abitabile un pianeta tenendo conto della radiazione della stella e della velocità di rotazione del pianeta.

    Tra le sue scoperte, la squadra nordoccidentale, in collaborazione con ricercatori dell'Università del Colorado Boulder, Il Virtual Planet Laboratory della NASA e il Massachusetts Institute of Technology, scoperto che solo i pianeti in orbita attorno a stelle attive, quelli che emettono molta radiazione ultravioletta (UV), perdono acqua significativa per la vaporizzazione. Pianeti intorno inattivi, o tranquillo, le stelle hanno maggiori probabilità di mantenere l'acqua liquida che sostiene la vita.

    I ricercatori hanno anche scoperto che i pianeti con sottili strati di ozono, che hanno temperature superficiali altrimenti abitabili, ricevere livelli pericolosi di dosi UV, rendendoli pericolosi per la complessa vita superficiale.

    "Per la maggior parte della storia umana, la questione se la vita esiste o no altrove è appartenuta solo all'ambito filosofico, ", ha detto Howard Chen della Northwestern, primo autore dello studio. "Solo negli ultimi anni abbiamo avuto gli strumenti di modellazione e la tecnologia di osservazione per rispondere a questa domanda".

    "Ancora, ci sono un sacco di stelle e pianeti là fuori, il che significa che ci sono molti obiettivi, " ha aggiunto Daniel Horton, autore senior dello studio. "Il nostro studio può aiutare a limitare il numero di posti in cui dobbiamo puntare i nostri telescopi".

    La ricerca sarà pubblicata online il 14 novembre nel Giornale Astrofisico .

    Horton è un assistente professore di scienze della Terra e planetarie al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern. Chen è un dottorato di ricerca. candidato nel gruppo di ricerca sui cambiamenti climatici della Northwestern e futuro investigatore della NASA.

    La "zona Riccioli d'Oro"

    Per sostenere la vita complessa, i pianeti devono essere in grado di mantenere l'acqua allo stato liquido. Se un pianeta è troppo vicino alla sua stella, quindi l'acqua vaporizzerà completamente. Se un pianeta è troppo lontano dalla sua stella, poi l'acqua si congelerà, e l'effetto serra non sarà in grado di mantenere la superficie abbastanza calda per tutta la vita. Questa zona di Riccioli d'oro è chiamata "zona abitabile circumstellare, "un termine coniato dal professor James Kasting della Penn State University.

    I ricercatori hanno lavorato per capire quanto è troppo vicino perché un pianeta possa sostenere acqua liquida. In altre parole, stanno cercando il "bordo interno" della zona abitabile.

    "Il confine interno del nostro sistema solare è tra Venere e la Terra, " Chen ha spiegato. "Venere non è abitabile; La Terra è".

    Horton e Chen stanno guardando oltre il nostro sistema solare per individuare le zone abitabili all'interno dei sistemi stellari nani M. Poiché sono numerosi e più facili da trovare e investigare, I pianeti nani M sono emersi come precursori nella ricerca di pianeti abitabili. Prendono il nome dal piccolo, fresco, stelle oscure attorno alle quali orbitano, chiamate nane M o "nane rosse".

    Chimica cruciale

    Altri ricercatori hanno caratterizzato le atmosfere dei pianeti nani M utilizzando modelli climatici globali sia 1D che 3-D. Questi modelli vengono utilizzati anche sulla Terra per comprendere meglio il clima e i cambiamenti climatici. Precedenti studi 3-D di esopianeti rocciosi, però, mi sono perso qualcosa di importante:la chimica.

    Combinando la modellazione climatica 3D con la fotochimica e la chimica atmosferica, Horton e Chen hanno costruito un quadro più completo di come la radiazione UV di una stella interagisce con i gas, compreso vapore acqueo e ozono, nell'atmosfera del pianeta.

    Nelle loro simulazioni, Horton e Chen hanno scoperto che la radiazione di una stella gioca un fattore decisivo per stabilire se un pianeta è abitabile o meno. Nello specifico, hanno scoperto che i pianeti in orbita attorno a stelle attive sono vulnerabili alla perdita di quantità significative di acqua a causa della vaporizzazione. Ciò è in netto contrasto con la ricerca precedente che utilizzava modelli climatici senza fotochimica attiva.

    Il team ha anche scoperto che molti pianeti nella zona abitabile circumstellare non potevano sostenere la vita a causa dei loro sottili strati di ozono. Pur avendo temperature superficiali altrimenti abitabili, Gli strati di ozono di questi pianeti consentono a troppe radiazioni UV di passare e penetrare nel suolo. Il livello di radiazione sarebbe pericoloso per la vita in superficie.

    "La fotochimica 3-D gioca un ruolo enorme perché fornisce riscaldamento o raffreddamento, che possono influenzare la termodinamica e forse la composizione atmosferica di un sistema planetario, " Ha detto Chen. "Questo tipo di modelli non è stato utilizzato per niente nella letteratura sugli esopianeti che studia i pianeti rocciosi perché sono così costosi dal punto di vista computazionale. Altri modelli fotochimici che studiano pianeti molto più grandi, come giganti gassosi e Giove caldi, mostrano già che non si può trascurare la chimica quando si studia il clima».

    "È stato anche difficile adattare questi modelli perché erano stati originariamente progettati per le condizioni terrestri, " ha detto Horton. " Modificare le condizioni al contorno e continuare a far funzionare i modelli con successo è stato impegnativo."

    'Siamo soli?'

    Horton e Chen credono che queste informazioni aiuteranno gli astronomi osservativi nella caccia alla vita altrove. Strumenti, come il telescopio spaziale Hubble e il telescopio spaziale James Webb, hanno la capacità di rilevare il vapore acqueo e l'ozono sugli esopianeti. Hanno solo bisogno di sapere dove guardare.

    "'Siamo soli?' è una delle più grandi domande senza risposta, " Disse Chen. "Se possiamo prevedere quali pianeti hanno maggiori probabilità di ospitare la vita, allora potremmo arrivare molto più vicini a rispondere entro le nostre vite."


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