Alcuni esopianeti brillano più di altri nella ricerca della vita oltre il sistema solare. Una nuova ricerca della NASA propone un nuovo approccio per annusare le atmosfere degli esopianeti. Sfrutta le frequenti tempeste stellari, che scagliano enormi nubi di materiale stellare e radiazioni nello spazio, dal freddo, giovani stelle nane per evidenziare i segni di esopianeti abitabili.

Tradizionalmente, i ricercatori hanno cercato potenziali biofirme come modi per identificare i mondi abitati:sottoprodotti della vita come la conosciamo come ossigeno o metano che nel tempo si accumulano nell'atmosfera in quantità rilevabili. Ma con la tecnologia attuale, secondo Vladimir Airapetian, autore principale di a Rapporti scientifici studio pubblicato il 2 novembre, 2017, identificare questi gas su esopianeti terrestri distanti richiede tempo, richiedono giorni di tempo di osservazione. Il nuovo studio suggerisce invece di cercare tracce più rozze di mondi potenzialmente abitabili, che sarebbe più facile da rilevare con le risorse attuali in meno tempo.

"Siamo alla ricerca di molecole formate da prerequisiti fondamentali per la vita, in particolare azoto molecolare, che è il 78 percento della nostra atmosfera, " disse Airapetian, che è uno scienziato solare al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e all'American University di Washington, D.C. "Queste sono molecole di base che sono biologicamente amichevoli e hanno un forte potere di emissione di infrarossi, aumentando le nostre possibilità di rilevarli."

La vita attuale sulla Terra dice ad Airapetian e al suo team di ricercatori che dovrebbero cercare atmosfere ricche di vapore acqueo e azoto, e ossigeno, il prodotto della vita. L'ossigeno e l'azoto fluttuano stabilmente nella loro forma molecolare, cioè due atomi di ossigeno o azoto legati insieme in una molecola. Ma in prossimità di una stella nana attiva, condizioni meteorologiche spaziali estreme innescano reazioni chimiche distinte, che i ricercatori possono utilizzare come indicatori della composizione atmosferica.

Le stelle come il nostro Sole sono turbolente nella loro adolescenza e spesso producono potenti eruzioni che lanciano particelle stellari davanti a loro a velocità prossime alla luce. A differenza del nostro Sole, alcune stelle gialle e la maggior parte arancioni, che sono un po' più fredde del Sole, possono continuare a produrre queste forti tempeste stellari per miliardi di anni, generando frequenti sciami di particelle ad alta energia.

Quando queste particelle raggiungono un esopianeta, inondano la sua atmosfera di energia sufficiente per rompere l'azoto molecolare e l'ossigeno in singoli atomi, e le molecole d'acqua in idrossile, un atomo di ossigeno e di idrogeno, legati insieme. Da li, gli atomi reattivi di azoto e ossigeno innescano una cascata di reazioni chimiche che alla fine producono ciò che gli scienziati chiamano segnali atmosferici:idrossile, più ossigeno molecolare, e ossido nitrico, una molecola composta da un atomo di azoto e un atomo di ossigeno.

Airapetian e i suoi colleghi hanno utilizzato un modello per calcolare la quantità di ossido nitrico e idrossile che si formerebbero e quanto ozono verrebbe distrutto in un'atmosfera simile alla Terra attorno a una stella attiva. Gli scienziati della Terra hanno usato questo modello per decenni per studiare come l'ozono, che si forma naturalmente quando la luce solare colpisce l'ossigeno, nell'alta atmosfera risponde alle tempeste solari, ma ha trovato una nuova applicazione in questo studio; la terra è, Dopotutto, il miglior caso di studio disponibile nella ricerca della vita.

Utilizzando una simulazione al computer, i ricercatori hanno esposto l'atmosfera modello al clima spaziale che si aspetterebbero da un fresco, stella attiva. Hanno scoperto che l'ozono scende al minimo e alimenta la produzione di segnali atmosferici.

Per i ricercatori, queste reazioni chimiche sono molto utili. Quando la luce delle stelle colpisce l'atmosfera, legami a molla all'interno delle molecole faro assorbono l'energia e vibrano, rimandando quell'energia nello spazio sotto forma di calore, o radiazioni infrarosse. Gli scienziati sanno quali gas emettono radiazioni a particolari lunghezze d'onda della luce, quindi, osservando tutte le radiazioni provenienti dall'atmosfera, è possibile avere un'idea di cosa c'è nell'atmosfera stessa.

La formazione di una quantità rilevabile di questi segnali richiede una grande quantità di ossigeno molecolare e azoto. Così, se vengono rilevati, questi composti potrebbero indicare un'atmosfera piena di chimica biologicamente amichevole, così come la pressione atmosferica simile alla Terra, e quindi la possibilità di un mondo abitabile, un ago in un vasto pagliaio di esopianeti.

Questo approccio ha anche lo scopo di eliminare gli esopianeti senza un campo magnetico simile alla Terra. "Un pianeta ha bisogno di un campo magnetico, che scherma l'atmosfera e protegge il pianeta dalle tempeste stellari e dalle radiazioni, " ha detto Airapetiian. "Se i venti stellari non sono così estremi da comprimere il campo magnetico di un esopianeta vicino alla sua superficie, il campo magnetico impedisce la fuga atmosferica, quindi ci sono più particelle nell'atmosfera e un segnale infrarosso risultante più forte".

Airapetian e i suoi colleghi hanno utilizzato i dati della missione TIMED di studio della Terra della NASA, abbreviazione di Thermosphere Ionosphere Mesophere Energetics Dynamics, per simulare come potrebbero apparire le osservazioni a infrarossi di questi beacon. I dati provengono dallo strumento di spettroscopia TIMED chiamato SABRE, abbreviazione di Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry, che studia la stessa chimica che genera i segnali atmosferici, come avviene nell'alta atmosfera terrestre in risposta all'attività solare.

"Prendendo ciò che sappiamo sulla radiazione infrarossa emessa dall'atmosfera terrestre, l'idea è di guardare gli esopianeti e vedere che tipo di segnali possiamo rilevare, " ha detto Martin Mlynczak, coautore del documento e ricercatore principale associato di SABRE presso il Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia. "Se troviamo segnali di esopianeti quasi nella stessa proporzione di quelli della Terra, potremmo dire che il pianeta è un buon candidato per ospitare la vita."

I dati SABRE hanno mostrato che la frequenza delle intense tempeste stellari è direttamente correlata alla forza dei segnali di calore dai segnali atmosferici. Con più tempeste, vengono generate più molecole beacon e il segnale a infrarossi sarebbe abbastanza forte, gli scienziati stimano, da osservare da esopianeti vicini con un telescopio spaziale da sei a 10 metri in sole due ore di osservazione.

"Questo è un nuovo ed entusiasmante modo proposto di cercare la vita, " disse Shawn Domagal-Goldman, un astrobiologo Goddard non collegato allo studio. "Ma come tutti i segni di vita, la comunità degli esopianeti ha bisogno di pensare molto al contesto. Quali sono i modi in cui i processi non biologici potrebbero imitare questa firma?"

Con il giusto tipo di stella, questo lavoro potrebbe portare a nuove strategie nella ricerca della vita che identifichino non solo pianeti potenzialmente abitabili, ma sistemi planetari, poiché anche il modo in cui l'atmosfera di un pianeta interagisce con la sua stella madre ha un effetto chiave sulla sua abitabilità. Se vengono rilevati segnali promettenti, i ricercatori possono coordinare le osservazioni con un futuro osservatorio spaziale come il James Webb Space Telescope della NASA, aumentando la probabilità di scoprire un tale sistema potenziale.

"Nuove intuizioni sul potenziale della vita sugli esopianeti dipendono in modo critico dalla ricerca interdisciplinare in cui dati, modelli e tecniche sono utilizzati dalle quattro divisioni scientifiche della NASA Goddard:eliofisica, astrofisica, scienze planetarie e della Terra, William Danchi, astrofisico senior e coautore di Goddard, ha dichiarato:"Questa miscela produce nuovi percorsi unici e potenti per la ricerca sugli esopianeti".