Prossima b, un pianeta delle dimensioni della Terra appena fuori dal nostro sistema solare nella zona abitabile della sua stella, potrebbe non essere in grado di mantenere il controllo sulla sua atmosfera, lasciando la superficie esposta a radiazioni stellari dannose e riducendo il suo potenziale di abitabilità.

A soli quattro anni luce di distanza, Proxima b è il nostro vicino extrasolare più vicino conosciuto. Però, a causa del fatto che non è stato visto attraversare davanti alla sua stella ospite, l'esopianeta sfugge al consueto metodo per conoscere la sua atmosfera. Anziché, gli scienziati devono fare affidamento su modelli per capire se l'esopianeta è abitabile.

Uno di questi modelli computerizzati ha considerato cosa accadrebbe se la Terra orbitasse intorno a Proxima Centauri, il nostro vicino stellare più prossimo e la stella ospite di Proxima b, nella stessa orbita di Proxima b. Lo studio della NASA, pubblicato il 24 luglio 2017, in Le Lettere del Giornale Astrofisico , suggerisce che l'atmosfera terrestre non sopravvivrebbe nelle immediate vicinanze della violenta nana rossa.

"Abbiamo deciso di prendere l'unico pianeta abitabile che conosciamo finora, la Terra, e metterlo dove si trova Proxima b, " disse Katherine Garcia-Sage, uno scienziato spaziale presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e autore principale dello studio. La ricerca è stata supportata dalla coalizione NExSS della NASA, che guida la ricerca della vita sui pianeti oltre il nostro sistema solare, e dall'Istituto di astrobiologia della NASA.

Solo perché l'orbita di Proxima b è nella zona abitabile, che è la distanza dalla sua stella ospite dove l'acqua potrebbe accumularsi sulla superficie di un pianeta, non significa che sia abitabile non tiene conto, Per esempio, se l'acqua esiste davvero sul pianeta, o se un'atmosfera potrebbe sopravvivere in quell'orbita. Le atmosfere sono essenziali anche per la vita come la conosciamo:avere l'atmosfera giusta consente la regolazione del clima, il mantenimento di una pressione superficiale favorevole all'acqua, schermatura da condizioni meteorologiche spaziali pericolose, e l'alloggiamento degli elementi costitutivi chimici della vita.

Il modello al computer di Garcia-Sage e dei suoi colleghi ha utilizzato l'atmosfera terrestre, campo magnetico e gravità come proxy per Proxima b. Hanno anche calcolato quanta radiazione produce in media Proxima Centauri, sulla base delle osservazioni dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

Con questi dati, il loro modello simula come l'intensa radiazione della stella ospite e i frequenti flaring influenzino l'atmosfera dell'esopianeta.

"La domanda è, quanta atmosfera si perde, e quanto velocemente avviene questo processo?" ha detto Ofer Cohen, uno scienziato spaziale presso l'Università del Massachusetts, Lowell e co-autore dello studio. "Se stimiamo quel tempo, possiamo calcolare quanto tempo impiega l'atmosfera per fuggire completamente e confrontarlo con la vita del pianeta".

Una nana rossa attiva come Proxima Centauri strappa via l'atmosfera quando la radiazione ultravioletta estrema ad alta energia ionizza i gas atmosferici, eliminando gli elettroni e producendo una striscia di particelle caricate elettricamente. In questo processo, gli elettroni appena formati guadagnano abbastanza energia da poter facilmente sfuggire alla gravità del pianeta e correre fuori dall'atmosfera.

cariche opposte si attraggono, così come più elettroni caricati negativamente lasciano l'atmosfera, creano una potente separazione di carica che trascina con sé ioni carichi positivamente, fuori nello spazio.

Nella zona abitabile di Proxima Centauri, Proxima b incontra attacchi di radiazioni ultraviolette estreme centinaia di volte maggiori di quelle che la Terra fa dal sole. Quella radiazione genera energia sufficiente per rimuovere non solo le molecole più leggere, l'idrogeno, ma anche, col tempo, elementi più pesanti come ossigeno e azoto.

Il modello mostra che la potente radiazione di Proxima Centauri drena l'atmosfera simile alla Terra fino a 10, 000 volte più veloce di quanto accade sulla Terra.

"Questo era un semplice calcolo basato sull'attività media della stella ospitante, "Ha detto Garcia-Sage. "Non considera variazioni come il riscaldamento estremo nell'atmosfera della stella o violenti disturbi stellari nel campo magnetico dell'esopianeta:cose che ci aspetteremmo fornissero ancora più radiazioni ionizzanti e fuga atmosferica".

Per capire come può variare il processo, gli scienziati hanno esaminato altri due fattori che aggravano la perdita atmosferica. Primo, hanno considerato la temperatura dell'atmosfera neutra, chiamata termosfera. Hanno scoperto che mentre la termosfera si riscalda con più radiazioni stellari, la fuga atmosferica aumenta.

Gli scienziati hanno anche considerato la dimensione della regione su cui avviene la fuga atmosferica, chiamato calotta polare. I pianeti sono più sensibili agli effetti magnetici ai loro poli magnetici. Quando le linee del campo magnetico ai poli sono chiuse, la calotta polare è limitata e le particelle cariche rimangono intrappolate vicino al pianeta. D'altra parte, maggiore fuga si verifica quando le linee del campo magnetico sono aperte, fornendo un percorso a senso unico verso lo spazio.

"Questo studio esamina un aspetto sottovalutato dell'abitabilità, che è la perdita atmosferica nel contesto della fisica stellare, " disse Shawn Domagal-Goldman, uno scienziato spaziale Goddard non coinvolto nello studio. "I pianeti hanno molti diversi sistemi interagenti, ed è importante assicurarci di includere queste interazioni nei nostri modelli".

Gli scienziati mostrano che con le più alte temperature della termosfera e un campo magnetico completamente aperto, Proxima b potrebbe perdere una quantità pari alla totalità dell'atmosfera terrestre in 100 milioni di anni, che è solo una frazione dei 4 miliardi di anni di Proxima b finora. Quando gli scienziati hanno ipotizzato le temperature più basse e un campo magnetico chiuso, quella massa sfugge in oltre 2 miliardi di anni.

"Le cose possono diventare interessanti se un esopianeta mantiene la sua atmosfera, ma i tassi di perdita atmosferica di Proxima b qui sono così alti che l'abitabilità non è plausibile, " ha detto Jeremy Drake, un astrofisico presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e coautore dello studio. "Questo mette in dubbio l'abitabilità dei pianeti attorno a tali nane rosse in generale".

Nane rosse come Proxima Centauri o la stella TRAPPIST-1 sono spesso il bersaglio di cacce di esopianeti, perché sono i più belli, le stelle più piccole e comuni della galassia. Perché sono più fresche e più scure, i pianeti devono mantenere orbite strette affinché l'acqua liquida sia presente.

Ma a meno che la perdita atmosferica non venga contrastata da qualche altro processo, come un'enorme quantità di attività vulcanica o il bombardamento di comete, questa stretta vicinanza, gli scienziati trovano più spesso, non è promettente per la sopravvivenza o la sostenibilità di un'atmosfera.