Una nuova ricerca condotta dalla NASA fornisce uno sguardo più da vicino a una stella vicina che si pensa assomigli al nostro giovane sole. Il lavoro consente agli scienziati di capire meglio come poteva essere il nostro sole quando era giovane, e come può aver modellato l'atmosfera del nostro pianeta e lo sviluppo della vita sulla Terra.

Molte persone sognano di incontrare una versione più giovane di se stessi per scambiare consigli, identificare le origini dei loro tratti distintivi, e condividere le speranze per il futuro. A 4,65 miliardi di anni, il nostro sole è una stella di mezza età. Gli scienziati sono spesso curiosi di sapere esattamente quali proprietà hanno permesso al nostro sole, nei suoi anni più giovani, per sostenere la vita sulla vicina Terra.

Senza una macchina del tempo per trasportare gli scienziati indietro di miliardi di anni, ripercorrere le prime attività della nostra star può sembrare un'impresa impossibile. Per fortuna, nella galassia della Via Lattea, il luccicante, segmento a spirale dell'universo in cui si trova il nostro sistema solare:ci sono più di 100 miliardi di stelle. Uno su dieci condivide le caratteristiche con il nostro sole, e molti sono nelle prime fasi di sviluppo.

"Immagina di voler riprodurre l'immagine di un bambino di un adulto quando aveva uno o due anni, e tutte le loro immagini sono state cancellate o perse. Vorrei guardare una loro foto ora, e le foto dei loro parenti stretti di quell'età, e da lì, ricostruire le foto dei loro bambini, " disse Vladimir Airapetian, astrofisico senior nella divisione di eliofisica presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e primo autore del nuovo studio. "Questo è il tipo di processo che stiamo seguendo qui:osservando le caratteristiche di una giovane stella simile alla nostra, per capire meglio com'era la nostra stella nella sua giovinezza, e cosa gli ha permesso di favorire la vita su uno dei suoi pianeti vicini."

Kappa 1 Ceti è uno di questi analoghi solari. La stella si trova a circa 30 anni luce di distanza (in termini spaziali, è come un vicino che vive nella strada accanto) e si stima che abbia tra i 600 e i 750 milioni di anni, più o meno la stessa età del nostro sole quando si sviluppò la vita sulla Terra. Ha anche una massa e una temperatura superficiale simili al nostro sole, ha detto il secondo autore dello studio, Meng Jin, un eliofisico con il SETI Institute e il Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory in California. Tutti questi fattori rendono Kappa 1 Ceti un "gemello" del nostro giovane sole nel momento in cui la vita sorse sulla Terra, e un importante obiettivo di studio.

Airapeti, Jin, e diversi colleghi hanno adattato un modello solare esistente per prevedere alcuni dei più importanti di Kappa 1 Ceti, ma difficile da misurare, caratteristiche. Il modello si basa sull'input di dati da una varietà di missioni spaziali tra cui il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, Le missioni Transiting Exoplanet Survey Satellite e NICER della NASA, e XMM-Newton dell'ESA. Il team ha pubblicato oggi il suo studio su Giornale Astrofisico .

Potere stellare

Come i bambini umani, le stelle dei bambini sono famose per le loro alte esplosioni di energia e attività. Per le stelle, un modo in cui questa energia repressa viene rilasciata è sotto forma di vento stellare.

venti stellari, come le stelle stesse, sono per lo più costituiti da un gas supercaldo noto come plasma, creato quando le particelle in un gas si sono scisse in ioni con carica positiva ed elettroni con carica negativa. Il plasma più energetico, con l'aiuto del campo magnetico di una stella, può sparare lontano dalla parte più esterna e più calda dell'atmosfera di una stella, la corona, in un'eruzione, o fluire più costantemente verso i pianeti vicini come vento stellare. "Il vento stellare fluisce continuamente da una stella verso i suoi pianeti vicini, che influenzano gli ambienti di quei pianeti, " disse Jin.

Le stelle più giovani tendono a generare più calde, venti stellari più vigorosi ed eruzioni di plasma più potenti rispetto alle stelle più vecchie. Tali esplosioni possono influenzare l'atmosfera e la chimica dei pianeti vicini, e forse anche catalizzare lo sviluppo di materiale organico, i mattoni per la vita, su quei pianeti.

Il vento stellare può avere un impatto significativo sui pianeti in qualsiasi fase della vita. Ma il forte, i venti stellari altamente densi di giovani stelle possono comprimere gli scudi magnetici protettivi dei pianeti circostanti, rendendoli ancora più suscettibili agli effetti delle particelle cariche.

Il nostro sole è un esempio perfetto. Rispetto ad ora, nella sua infanzia, il nostro sole probabilmente ruotava tre volte più velocemente, aveva un campo magnetico più forte, e sparava radiazioni e particelle ad alta energia più intense. In questi giorni, per fortunati spettatori, l'impatto di queste particelle è talvolta visibile vicino ai poli del pianeta come aurora, o l'aurora boreale e australe. Airapetian dice che 4 miliardi di anni fa, considerando l'impatto del vento del nostro sole in quel momento, queste tremende luci erano probabilmente visibili da molti più luoghi in tutto il mondo.

Quell'alto livello di attività nella nascita dei nostri soli potrebbe aver respinto la magnetosfera protettiva della Terra, e ha fornito il pianeta, non abbastanza vicino da essere bruciato come Venere, né abbastanza distante da essere trascurato come Marte, con la giusta chimica atmosferica per la formazione di molecole biologiche.

Processi simili potrebbero svolgersi nei sistemi stellari della nostra galassia e del nostro universo.

"Il mio sogno è trovare un esopianeta roccioso nello stadio in cui si trovava il nostro pianeta più di 4 miliardi di anni fa, essere plasmato dai suoi giovani, stella attiva e quasi pronta ad ospitare la vita, "Ha detto Airapetian. "Capire com'era il nostro sole proprio mentre la vita stava iniziando a svilupparsi sulla Terra ci aiuterà a perfezionare la nostra ricerca di stelle con esopianeti che potrebbero eventualmente ospitare la vita".

Un gemello solare

Sebbene gli analoghi solari possano aiutare a risolvere una delle sfide di sbirciare nel passato dei soli, il tempo non è l'unico fattore di complicazione nello studio del nostro giovane sole. C'è anche la distanza.

Abbiamo strumenti in grado di misurare con precisione il vento stellare proveniente dal nostro sole, chiamato vento solare. Però, non è ancora possibile osservare direttamente il vento stellare di altre stelle della nostra galassia, come Kappa 1 Ceti, perché sono troppo lontani.

Quando gli scienziati desiderano studiare un evento o un fenomeno che non possono osservare direttamente, la modellizzazione scientifica può aiutare a colmare le lacune. I modelli sono rappresentazioni o previsioni di un oggetto di studio, costruito su dati scientifici esistenti. Mentre gli scienziati hanno precedentemente modellato il vento stellare da questa stella, Airapetian ha detto, hanno usato ipotesi più semplificate.

La base per il nuovo modello di Kappa 1 Ceti di Airapetian, Jin, e colleghi è l'Alfvén Wave Solar Model, che si trova all'interno dello Space Weather Modeling Framework sviluppato dall'Università del Michigan. Il modello funziona inserendo informazioni note su una stella, compresi i dati relativi al campo magnetico e alla linea di emissione ultravioletta, prevedere l'attività del vento stellare. Quando il modello è stato testato sul nostro sole, è stato convalidato e verificato rispetto ai dati osservati per verificare che le sue previsioni siano accurate.

"È in grado di modellare i venti e la corona della nostra stella con alta fedeltà, " disse Jin. "Ed è un modello che possiamo usare su altre stelle, pure, per prevedere il loro vento stellare e quindi indagare sull'abitabilità. Questo è quello che abbiamo fatto qui".

Precedenti studi hanno attinto ai dati raccolti dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e dal telescopio spaziale Hubble (HST) per identificare Kappa 1 Ceti come un giovane proxy solare, e raccogliere gli input necessari per il modello, come i dati relativi al campo magnetico e alla linea di emissione ultravioletta.

"Ogni modello ha bisogno di input per ottenere output, " disse Airapetian. "Per essere utile, uscita accurata, l'input deve essere dati solidi, ideally from multiple sources across time. We have all that data from Kappa 1 Ceti, but we really synthesized it in this predictive model to move past previous purely observational studies of the star."

Airapetian likens his team's model to a doctor's report. To get a full picture of how a patient is doing, a doctor is likely to talk to the patient, gather markers like heart rate and temperature, and if needed, conduct several more specialized tests, like a blood test or ultrasound. They are likely to formulate an accurate assessment of patient well-being with a combination of these metrics, not just one.

Allo stesso modo, by using many pieces of information about Kappa 1 Ceti gathered from different space missions, scientists are better able to predict its corona and the stellar wind. Because stellar wind can affect a nearby planet's magnetic shield, it plays an important role in habitability. The team is also working on another project, looking more closely at the particles that may have emerged from early solar flares, as well as prebiotic chemistry on Earth.

Our sun's past, scritto nelle stelle

The researchers hope to use their model to map the environments of other sun-like stars at various life stages.

Nello specifico, they have eyes on the infant star EK Dra—111 light-years away and only 100 million years old—which is likely rotating three times faster and shooting off more flares and plasma than Kappa 1 Ceti. Documenting how these similar stars of various ages differ from one another will help characterize the typical trajectory of a star's life.

Il loro lavoro, Airapetian said, is all about "looking at our own sun, its past and its possible future, through the lens of other stars."

To learn more about our sun's stormy youth, watch this video and see how energy from our young sun—4 billion years ago—aided in creating molecules in Earth's atmosphere, allowing it to warm up enough to incubate life.