Guardando al futuro, La NASA e altre agenzie spaziali nutrono grandi speranze nel campo della ricerca sui pianeti extrasolari. Nell'ultimo decennio, il numero di esopianeti conosciuti ha raggiunto poco meno di 4000, e molti altri dovrebbero essere trovati una volta che i telescopi di prossima generazione saranno messi in servizio. E con così tanti esopianeti da studiare, gli obiettivi della ricerca si sono lentamente spostati dal processo di scoperta verso la caratterizzazione.

Sfortunatamente, gli scienziati sono ancora tormentati dal fatto che quella che consideriamo una "zona abitabile" è soggetta a molte ipotesi. Affrontando questo, un team internazionale di ricercatori ha recentemente pubblicato un articolo in cui indicava come le future indagini sugli esopianeti potrebbero guardare oltre gli esempi analoghi della Terra come indicazioni di abitabilità, e adottare un approccio più completo.

La carta, intitolato "Previsioni della zona abitabile e come testarle, " è apparso di recente online ed è stato presentato come white paper all'Astro 2020 Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics. Il team dietro di esso era guidato da Ramses M. Ramirez, un ricercatore presso l'Earth-Life Science Institute (ELSI) e lo Space Science Institute (SSI), a cui si sono uniti coautori e cofirmatari di 23 università e istituzioni.

Lo scopo dell'indagine decennale è considerare i progressi precedenti in vari campi di ricerca e stabilire le priorità per il prossimo decennio. Come tale, il sondaggio fornisce una guida cruciale alla NASA, la Fondazione Spaziale Nazionale (NSF), e il Dipartimento dell'Energia mentre pianificano i loro obiettivi di ricerca in astronomia e astrofisica per il futuro.

Attualmente, molti di questi obiettivi si concentrano sullo studio degli esopianeti, che trarranno vantaggio nei prossimi anni dall'impiego di telescopi di nuova generazione come il James Webb Space Telescope (JWST) e il Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST), così come osservatori terrestri come l'Extremely Large Telescope (ELT), il telescopio dei trenta metri, e il telescopio gigante di Magellano (GMT).

Una delle priorità principali della ricerca sugli esopianeti è la ricerca di pianeti in cui potrebbe esistere vita extraterrestre. Nel rispetto, gli scienziati designano i pianeti come "potenzialmente abitabili" (e quindi degni di osservazioni successive) in base al fatto che orbitino o meno all'interno delle zone abitabili delle loro stelle (HZ). Per questa ragione, è prudente dare un'occhiata a cosa va nella definizione di un HZ.

Come Ramirez e i suoi colleghi hanno indicato nel loro articolo, uno dei principali problemi con l'abitabilità degli esopianeti è il numero di ipotesi fatte. Per abbatterlo, la maggior parte delle definizioni di HZ presuppone la presenza di acqua in superficie poiché questo è l'unico solvente attualmente noto per ospitare la vita. Queste stesse definizioni presuppongono che la vita richieda un pianeta roccioso con attività tettonica in orbita attorno a una stella adeguatamente luminosa e calda.

Però, ricerche recenti hanno messo in dubbio molte di queste ipotesi. Ciò include studi che indicano che l'ossigeno atmosferico non significa automaticamente la presenza di vita, specialmente se quell'ossigeno è il risultato della dissociazione chimica e non della fotosintesi. Altre ricerche hanno dimostrato che la presenza di gas ossigeno durante i primi periodi dell'evoluzione di un pianeta potrebbe impedire la nascita di forme di vita di base.

Anche, ci sono stati studi recenti che dimostrano che la tettonica a zolle potrebbe non essere necessaria per l'emergere della vita, e che i cosiddetti "mondi d'acqua" potrebbero non essere in grado di sostenere la vita (ma potrebbero ancora). Oltre a tutto ciò, hai un lavoro teorico che suggerisce che la vita potrebbe evolversi in mari di metano o ammoniaca su altri corpi celesti.

L'esempio chiave qui è la luna di Saturno Titano, che vanta un ambiente ricco di condizioni prebiotiche e di chimica organica, che alcuni scienziati pensano possa supportare forme di vita esotiche. Alla fine, gli scienziati cercano biomarcatori noti come l'acqua e l'anidride carbonica perché sono associati alla vita sulla Terra, l'unico esempio conosciuto di un pianeta portatore di vita.

Ma come ha spiegato Ramirez a Universe Today via e-mail, questa mentalità (in cui gli analoghi della Terra sono considerati adatti alla vita) è ancora piena di problemi:

"La definizione di zona abitabile classica è errata perché la sua costruzione si basa principalmente su argomenti climatologici incentrati sulla Terra che possono o meno essere applicabili ad altri pianeti potenzialmente abitabili. Ad esempio, presuppone che le atmosfere di CO2 a più barre possano essere supportate su pianeti potenzialmente abitabili vicino al bordo esterno della zona abitabile. Però, livelli di CO2 così elevati sono tossici per le piante e gli animali della Terra, e quindi senza una migliore comprensione dei limiti della vita, non sappiamo quanto sia ragionevole questa ipotesi.

"Il classico HZ presuppone anche che CO2 e H2O siano i principali gas serra che sostengono i pianeti potenzialmente abitabili, ma diversi studi negli ultimi anni hanno sviluppato definizioni HZ alternative utilizzando diverse combinazioni di gas serra, compresi quelli che, sebbene relativamente minore sulla Terra, potrebbe essere importante per altri pianeti potenzialmente abitabili."

In uno studio precedente, Il dottor Ramirez ha dimostrato che la presenza di gas metano e idrogeno potrebbe anche causare un allarme globale, e quindi estendere un po' l'HZ classico. Ciò è avvenuto appena un anno dopo che lui e Lisa Kaltenegger (professore associato del Carl Sagan Institute della Cornell University) hanno prodotto uno studio che mostrava che l'attività vulcanica (che rilascia gas idrogeno nell'atmosfera) potrebbe anche estendere l'HZ di una stella.

Per fortuna, i ricercatori avranno l'opportunità di testare queste definizioni, grazie al dispiegamento di telescopi di nuova generazione. Non solo gli scienziati saranno in grado di testare alcune delle ipotesi di vecchia data su cui si basano gli HZ, potranno confrontare diverse interpretazioni. Secondo il dottor Ramirez, un buon esempio è fornito dai livelli di gas CO2 che dipendono dalla distanza di un pianeta dalla sua stella:

"I telescopi di nuova generazione potrebbero testare la zona abitabile cercando un aumento previsto della pressione atmosferica di CO2 quanto più lontani i pianeti potenzialmente abitabili sono dalle loro stelle. Ciò verificherebbe anche se il ciclo carbonato-silicato, che è ciò che molti credono abbia mantenuto il nostro pianeta abitabile per gran parte della sua storia, è un processo universale o no."

In questo processo, le rocce di silicato vengono convertite in rocce di carbonio attraverso l'erosione e l'erosione, mentre le rocce di carbonio vengono convertite in rocce di silicato attraverso l'attività vulcanica e geologica. Questo ciclo garantisce la stabilità a lungo termine dell'atmosfera terrestre mantenendo i livelli di CO2 costanti nel tempo. Illustra anche che l'acqua e la tettonica delle placche sono essenziali per la vita come la conosciamo.

Però, questo tipo di ciclo può esistere solo su pianeti che hanno terra, che di fatto esclude i "mondi d'acqua". Si ritiene che questi esopianeti, che potrebbero essere comuni intorno alle stelle di tipo M (nane rosse), contengano fino al 50% di acqua in massa. Con questa quantità di acqua sulle loro superfici, È probabile che i "mondi d'acqua" abbiano densi strati di ghiaccio al loro confine nucleo-mantello, impedendo così l'attività idrotermale.

Ma come già notato, ci sono alcune ricerche che indicano che questi pianeti potrebbero essere ancora abitabili. Mentre l'abbondanza di acqua impedirebbe l'assorbimento di anidride carbonica da parte delle rocce e sopprimerebbe l'attività vulcanica, simulazioni hanno dimostrato che questi pianeti potrebbero ancora far circolare il carbonio tra l'atmosfera e l'oceano, mantenendo così stabile il clima.

Se questi tipi di mondi oceanici esistono, dice il dottor Ramirez, gli scienziati potrebbero rilevarli attraverso la loro densità planetaria inferiore e l'atmosfera ad alta pressione. E poi c'è la questione dei vari gas serra, che non sono sempre un'indicazione di atmosfere planetarie più calde, a seconda del tipo di stella.

"Sebbene il metano riscaldi il nostro pianeta, abbiamo scoperto che il metano in realtà raffredda le superfici dei pianeti della zona abitabile in orbita attorno a stelle nane rosse, " ha detto. "Se questo è il caso, elevate quantità di metano atmosferico su tali pianeti potrebbero significare condizioni congelate che forse non sono adatte ad ospitare la vita. Saremo in grado di osservarlo negli spettri planetari".

A proposito di nane rosse, il dibattito infuria se i pianeti che orbitano attorno a queste stelle sarebbero in grado di mantenere un'atmosfera. Negli ultimi anni, molteplici scoperte hanno suggerito che roccioso, i pianeti bloccati dalle maree sono comuni intorno alle stelle nane rosse, e che orbitano all'interno dei rispettivi HZ delle loro stelle.

Però, ricerche successive hanno rafforzato la teoria secondo cui l'instabilità delle stelle nane rosse comporterebbe probabilmente brillamenti solari che spoglierebbero l'atmosfera di tutti i pianeti in orbita attorno a loro. Infine, Ramirez e i suoi colleghi sollevano la possibilità che si possano trovare pianeti abitabili in orbita attorno a stelle di tipo A della sequenza principale, che fino a poco tempo fa erano considerati candidati improbabili. Sequenza principale di tipo A stelle Sirio A, Altair, e Vega erano ritenuti troppo luminosi e caldi per essere abitabili.

Ramirez dice, "Sono anche interessato a scoprire se esiste la vita su pianeti di zone abitabili in orbita attorno a stelle A. Non sono state pubblicate molte valutazioni sull'abitabilità planetaria di stelle A, ma alcune architetture di nuova generazione prevedono di osservarle. Presto impareremo di più sull'idoneità delle A-stars per la vita".

In definitiva, studi come questo, che mettono in discussione la definizione di "zona abitabile, " tornerà utile quando le missioni di prossima generazione inizieranno le operazioni scientifiche. Con una risoluzione più alta, strumenti più sensibili, saranno in grado di testare e convalidare molte delle previsioni fatte dagli scienziati.

Questi test confermeranno anche se la vita potrebbe esistere o meno là fuori solo come la conosciamo, o anche oltre i parametri che consideriamo "Terrestri". Ramirez afferma che lo studio condotto da lui e dai suoi colleghi evidenzia anche quanto sia importante continuare a investire nella tecnologia avanzata dei telescopi:

"Il nostro documento sottolinea anche l'importanza di un investimento continuo nella tecnologia avanzata dei telescopi. Dobbiamo essere in grado di trovare e caratterizzare il maggior numero possibile di pianeti abitabili se desideriamo massimizzare le nostre possibilità di trovare la vita. Tuttavia, Spero anche che il nostro documento ispiri le persone a sognare oltre i prossimi 10 anni. Credo davvero che alla fine ci saranno missioni che saranno molto più efficaci di qualsiasi cosa stiamo attualmente progettando. I nostri sforzi attuali sono solo l'inizio di uno sforzo molto più impegnato per la nostra specie".

La riunione del Decadal Survey 2020 è ospitata congiuntamente dal Board of Physics and Astronomy e dal Space Studies Board della National Academy of Sciences, e sarà seguito da un rapporto che sarà rilasciato tra circa due anni.