Recentemente, gli astronomi hanno annunciato la scoperta che una stella chiamata TRAPPIST-1 è orbitata da sette pianeti delle dimensioni della Terra. Tre dei pianeti risiedono nella "zona abitabile, " la regione intorno a una stella dove è più probabile che esista acqua liquida sulla superficie di un pianeta roccioso. Negli ultimi anni sono stati scoperti anche altri mondi potenzialmente abitabili, lasciando molte persone a chiedersi:come facciamo a scoprire se questi pianeti ospitano effettivamente la vita?

Al Caltech, nel Laboratorio di tecnologia degli esopianeti, o ET Lab, del Professore Associato di Astronomia Dimitri Mawet, i ricercatori sono stati impegnati nello sviluppo di una nuova strategia per la scansione degli esopianeti alla ricerca di biofirme, segni di vita come molecole di ossigeno e metano. Queste sostanze chimiche, che naturalmente non rimangono a lungo perché si legano ad altre sostanze chimiche, sono abbondanti sulla Terra in gran parte grazie alle creature viventi che le espellono. Trovare entrambe queste sostanze chimiche su un altro pianeta sarebbe un forte indicatore della presenza della vita.

In due nuovi articoli che saranno pubblicati in Giornale Astrofisico e il Giornale Astronomico , Il team di Mawet dimostra come questa nuova tecnica, chiamata coronagrafia ad alta dispersione, potrebbe essere usato per cercare biofirme extraterrestri con il previsto Thirty Meter Telescope (TMT), quale, una volta completato entro la fine del 2020, sarà il più grande telescopio ottico del mondo.

Utilizzando modelli teorici e di laboratorio, i ricercatori mostrano che questa tecnica potrebbe rilevare biofirme su pianeti simili alla Terra attorno a stelle nane M, che sono più piccole e più fredde del nostro sole e del tipo più comune di stella nella galassia. La strategia potrebbe essere utilizzata anche su stelle come il nostro sole, utilizzando futuri telescopi spaziali come Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) e Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR) proposti dalla NASA.

"Abbiamo dimostrato che questa tecnica funziona in teoria e in laboratorio, quindi il nostro prossimo passo è mostrare che funziona nel cielo, "dice Ji Wang, uno degli autori principali dei due nuovi articoli e uno studioso post-dottorato nel laboratorio Mawet. Il team testerà la strumentazione sull'Osservatorio W.M. Keck alle Hawaii quest'anno o il prossimo.

La nuova tecnica prevede tre componenti principali:un coronografo, un insieme di fibre ottiche, e uno spettrometro ad alta risoluzione. I coronagrafi sono dispositivi utilizzati nei telescopi per bloccare o rimuovere la luce delle stelle in modo che i pianeti possano essere ripresi. Le stelle eclissano i loro pianeti da qualche migliaio a qualche miliardo di volte, rendendo i pianeti difficili da vedere. Sono in fase di sviluppo molti tipi diversi di coronografi; Per esempio, Il gruppo di Mawet ha recentemente installato e preso le prime immagini con il suo nuovo coronografo a vortice sull'Osservatorio Keck.

Una volta ottenuta l'immagine di un pianeta, il prossimo passo è studiare l'atmosfera del pianeta usando uno spettrometro, uno strumento che rompe la luce del pianeta per rivelare "impronte digitali" di sostanze chimiche, come ossigeno e metano. La maggior parte dei coronografi funziona in combinazione con spettrometri a bassa risoluzione. La nuova tecnica di Mawet incorpora uno spettrometro ad alta risoluzione, che ha diversi vantaggi.

Un vantaggio principale consiste nell'aiutare a filtrare ulteriormente la luce stellare indesiderata. Con spettrometri ad alta risoluzione, le caratteristiche spettrali di un pianeta sono più dettagliate, rendendo più facile distinguere e separare la luce del pianeta dalla luce delle stelle in agguato.

Ciò significa che, nel metodo di Mawet, il coronografo non deve essere così bravo a setacciare la luce delle stelle come si riteneva necessario per caratterizzare mondi simili alla Terra.

"Questa nuova tecnica non richiede che il coronografo lavori così duramente, e questo è importante perché possiamo utilizzare le tecnologie attuali che sono già disponibili, "dice Mawet, che è anche ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL), che è gestito da Caltech per la NASA. "Con uno spettrometro ad alta risoluzione, possiamo migliorare la sensibilità del nostro sistema di un fattore 100 a 1, 000 rispetto agli attuali metodi a terra."

Un altro vantaggio dell'utilizzo di spettrometri ad alta risoluzione risiede nella ricchezza dei dati. Oltre a fornire maggiori dettagli sui costituenti molecolari dell'atmosfera di un pianeta, questi strumenti dovrebbero essere in grado di rivelare la velocità di rotazione di un pianeta e fornire mappe approssimative delle caratteristiche della superficie e dei modelli meteorologici. "È una possibilità lunga, ma potremmo anche avere la capacità di cercare continenti su candidati pianeti simili alla Terra, "dice Mawet.

Nella progettazione della squadra, il coronografo è collegato allo spettrometro ad alta risoluzione mediante un insieme di fibre ottiche. Sorprendentemente, esperimenti di laboratorio hanno rivelato che le fibre filtrano anche la luce delle stelle.

"Questo è stato completamente fortuito, "dice Garreth Ruane, coautore dei due nuovi articoli e un borsista post-dottorato della National Science Foundation nel gruppo di Mawet. "È la ciliegina sulla torta".

Prossimo, i ricercatori dimostreranno la loro tecnica all'Osservatorio Keck. Sebbene la strumentazione non possa ancora studiare potenziali pianeti simili alla Terra, che richiederanno il telescopio da trenta metri più grande, il sistema dovrebbe essere in grado di rivelare nuovi dettagli sulle atmosfere di esopianeti a gas più grandi, comprese varietà esotiche che non assomigliano a quelle del nostro sistema solare.

"Questa nuova innovazione di combinare il coronografo con uno spettrometro ad alta risoluzione ci offre un percorso chiaro per cercare in definitiva la vita oltre la Terra".