Negli ultimi anni, il numero di pianeti extrasolari scoperti intorno al vicino tipo M (stelle nane rosse) è cresciuto considerevolmente. In molti casi, questi pianeti confermati sono stati "simili alla Terra, " significa che sono terrestri (alias. rocciose) e di dimensioni paragonabili alla Terra. Queste scoperte sono state particolarmente entusiasmanti poiché le stelle nane rosse sono le più comuni nell'universo - rappresentando l'85 percento delle stelle nella sola Via Lattea.

Sfortunatamente, negli ultimi tempi sono stati condotti numerosi studi che indicano che questi pianeti potrebbero non avere le condizioni necessarie per sostenere la vita. L'ultima arriva dall'Università di Harvard, dove il ricercatore post-dottorato Manasvi Lingam e il professor Abraham Loeb dimostrano che i pianeti attorno alle stelle di tipo M potrebbero non ricevere abbastanza radiazioni dalle loro stelle per la fotosintesi.

In poche parole, si pensa che la vita sulla Terra sia emersa tra 3,7 e 4,1 miliardi di anni fa (durante il tardo Adeano o l'inizio dell'Eone Archeano), in un momento in cui l'atmosfera del pianeta sarebbe stata tossica per la vita oggi. Tra 2,9 e 3 miliardi di anni fa, i batteri fotosintetizzanti iniziarono ad apparire e iniziarono ad arricchire l'atmosfera con il gas ossigeno.

Di conseguenza, La Terra ha sperimentato quello che è noto come il "Grande Evento di Ossidazione" circa 2,3 miliardi di anni fa. Durante questo periodo, gli organismi fotosintetici hanno gradualmente convertito l'atmosfera terrestre da una composta prevalentemente da anidride carbonica e metano a una composta da azoto e ossigeno (~ 78% e 21%, rispettivamente).

Abbastanza interessante, si ritiene che altre forme di fotosintesi siano emerse anche prima della fotosintesi clorofilliana. Questi includono la fotosintesi retinica, che è emerso ca. 2,5-3,7 miliardi di anni fa ed esiste ancora oggi in ambienti di nicchia limitati. Come suggerisce il nome, questo processo si basa sulla retina (un tipo di pigmento viola) per assorbire l'energia solare nella parte giallo-verde dello spettro visibile (da 400 a 500 nm).

C'è anche la fotosintesi anossigenica (dove l'anidride carbonica e due molecole d'acqua vengono processate per creare formaldeide, acqua e ossigeno gassoso), che si crede preceda completamente la fotosintesi ossigenata. Come e quando sono emersi diversi tipi di fotosintesi è la chiave per capire quando è iniziata la vita sulla Terra. Come ha spiegato il professor Loeb a Universe Today via e-mail:

""Fotosintesi" significa "mettere insieme" (sintesi) con la luce (foto). È un processo utilizzato dalle piante, alghe o batteri per convertire la luce solare in energia chimica che alimenta le loro attività. L'energia chimica è immagazzinata in molecole a base di carbonio, che sono sintetizzati da anidride carbonica e acqua. Questo processo rilascia spesso ossigeno come sottoprodotto, che è necessario per la nostra esistenza. Globale, la fotosintesi fornisce tutti i composti organici e la maggior parte dell'energia necessaria per la vita come la conosciamo sul pianeta Terra. La fotosintesi è nata relativamente presto nella storia evolutiva della Terra".

Studi come questi, che esaminano il ruolo svolto dalla fotosintesi, non sono importanti solo perché ci aiutano a capire come è emersa la vita sulla Terra. Inoltre, potrebbero anche aiutare a capire se la vita potrebbe emergere o meno su pianeti extrasolari, e in quali condizioni ciò potrebbe avvenire.

Il loro studio, intitolato "Fotosintesi su pianeti abitabili attorno a stelle di piccola massa, " recentemente è apparso online ed è stato inviato al Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . Per il loro studio, Lingam e Loeb hanno cercato di limitare il flusso di fotoni delle stelle di tipo M per determinare se la fotosintesi è possibile sui pianeti terrestri che orbitano attorno a stelle nane rosse. Come ha affermato Loeb:

"Nel nostro articolo abbiamo studiato se la fotosintesi può verificarsi sui pianeti nella zona abitabile intorno a stelle di piccola massa. Questa zona è definita come l'intervallo di distanze dalla stella in cui la temperatura superficiale del pianeta consente l'esistenza di acqua liquida e la chimica della vita come la conosciamo. Per i pianeti in quella zona, abbiamo calcolato il flusso ultravioletto (UV) che illumina la loro superficie in funzione della massa della loro stella ospite. Le stelle di piccola massa sono più fredde e producono meno fotoni UV per quantità di radiazione".

Coerentemente con recenti scoperte che coinvolgono stelle nane rosse, il loro studio si è concentrato su "Terra-analogici, " pianeti che hanno gli stessi parametri fisici di base della Terra - cioè raggio, messa, composizione, temperatura effettiva, albedo, ecc. Poiché i limiti teorici della fotosintesi attorno ad altre stelle non sono ben compresi, hanno anche lavorato con gli stessi limiti di quelli sulla Terra - tra 400 e 750 nm.

Da questa, Lingam e Loeb hanno calcolato che le stelle di tipo M di piccola massa non sarebbero in grado di superare il flusso UV minimo necessario per garantire una biosfera simile a quella della Terra. Come ha illustrato Loeb:

"Ciò implica che i pianeti abitabili scoperti negli ultimi anni intorno alle stelle nane vicine, Proxima Centauri (stella più vicina al Sole, a 4 anni luce di distanza, 0,12 masse solari, con un pianeta abitabile, Proxima b) e TRAPPIST-1 (a 40 anni luce di distanza, 0,09 masse solari, con tre pianeti abitabili TRAPPIST-1e, F, G), probabilmente non hanno una biosfera simile alla Terra. Più generalmente, è improbabile che gli studi spettroscopici sulla composizione delle atmosfere dei pianeti che transitano sulle loro stelle (come TRAPPIST-1) trovino biomarcatori, come ossigeno o ozono, a livelli rilevabili. Se viene trovato ossigeno, la sua origine è probabilmente non biologica."

Naturalmente, ci sono limiti a questo tipo di analisi. Come precedentemente notato, Lingam e Loeb indicano che i limiti teorici della fotosintesi attorno ad altre stelle non sono ben noti. Fino a quando non impareremo di più sulle condizioni planetarie e sull'ambiente di radiazione intorno alle stelle di tipo M, gli scienziati saranno costretti a utilizzare metriche basate sul nostro pianeta.

Secondo, c'è anche il fatto che le stelle di tipo M sono variabili e instabili rispetto al nostro Sole e sperimentano periodiche fiammate. Citando altre ricerche, Lingam e Loeb indicano che questi possono avere effetti sia positivi che negativi sulla biosfera di un pianeta. In breve, i brillamenti stellari potrebbero fornire ulteriore radiazione UV che aiuterebbe a innescare la chimica prebiotica, ma potrebbe anche essere dannoso per l'atmosfera di un pianeta.

Tuttavia, salvo studi più approfonditi sui pianeti extrasolari che orbitano attorno a stelle nane rosse, scienziati sono costretti a fare affidamento su valutazioni teoriche di quanto sia probabile la vita su questi pianeti. Per quanto riguarda i risultati presentati in questo studio, sono un'altra indicazione che i sistemi di stelle nane rosse potrebbero non essere il luogo più probabile per trovare mondi abitabili.

Se è vero, questi risultati potrebbero anche avere implicazioni drastiche nella ricerca di intelligenza extraterrestre (SETI). "Poiché l'ossigeno prodotto dalla fotosintesi è un prerequisito per la vita complessa come quella umana sulla Terra, sarà necessaria anche l'evoluzione dell'intelligenza tecnologica, " disse Loeb. "A sua volta, l'emergere di quest'ultimo apre la possibilità di trovare la vita attraverso firme tecnologiche come segnali radio o artefatti giganti."

Per adesso, la ricerca di pianeti abitabili e di vita continua ad essere informata da modelli teorici che ci dicono cosa cercare. Allo stesso tempo, questi modelli continuano ad essere basati sulla "vita come la conosciamo" – cioè usando come esempi gli analoghi della Terra e le specie terrestri. Per fortuna, gli astronomi si aspettano di imparare molto di più nei prossimi anni grazie allo sviluppo di strumenti di nuova generazione.