I pianeti di piccola massa con un'atmosfera primordiale di idrogeno ed elio potrebbero avere le temperature e le pressioni che consentono all'acqua nella fase liquida. La presenza di acqua liquida è favorevole alla vita, tanto che questi pianeti ospitano potenzialmente habitat esotici per miliardi di anni. Credito:© (CC BY-NC-SA 4.0) - Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich.
La vita sulla Terra è iniziata negli oceani. Nella ricerca della vita su altri pianeti, il potenziale di acqua liquida è quindi un ingrediente chiave. Per trovarlo, gli scienziati hanno tradizionalmente cercato pianeti simili al nostro. Tuttavia, l'acqua liquida a lungo termine non deve necessariamente verificarsi in circostanze simili a quelle sulla Terra. I ricercatori dell'Università di Berna e dell'Università di Zurigo, membri del National Center of Competence in Research (NCCR) PlanetS, riferiscono in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Astronomy , che condizioni favorevoli potrebbero verificarsi anche per miliardi di anni su pianeti che assomigliano a malapena al nostro pianeta natale.
Serre primordiali
"Uno dei motivi per cui l'acqua può essere liquida sulla Terra è la sua atmosfera", spiega il coautore dello studio Ravit Helled, professore di astrofisica teorica all'Università di Zurigo e membro dell'NCCR PlanetS. "Con il suo effetto serra naturale, intrappola la giusta quantità di calore per creare le giuste condizioni per oceani, fiumi e pioggia", afferma il ricercatore.
Tuttavia, l'atmosfera terrestre era molto diversa nella sua storia antica. "Quando il pianeta si è formato per la prima volta da gas e polvere cosmici, ha raccolto un'atmosfera composta principalmente da idrogeno ed elio, una cosiddetta atmosfera primordiale", sottolinea Helled. Nel corso del suo sviluppo, tuttavia, la Terra ha perso questa atmosfera primordiale.
Durata delle condizioni dell'acqua liquida per i pianeti in un'ampia gamma di semiassi maggiori (da 1 au a 100 au) e masse dell'involucro (10 -1.8 a 10 −6 M ⊕ ). I pianeti ricevono l'insolazione in base all'evoluzione della luminosità di una stella simile al Sole. un –c , Masse centrali di 1,5 (a ), 3 (b ) e 8 M ⊕ (c ). La durata dell'evoluzione totale è 8 Gyr. Il colore di un punto della griglia indica per quanto tempo c'erano pressioni superficiali e temperature continue che consentivano l'acqua liquida, τ lqw . Questi vanno da 10 Myr (viola) a oltre 5 Gyr (giallo). Le croci grigie corrispondono a casi senza condizioni di acqua liquida che durano più di 10 Myr. La perdita atmosferica non è considerata in queste simulazioni. d , Risultati per pianeti con una massa centrale di 3 M ⊕ , ma includendo il vincolo che la temperatura superficiale deve rimanere tra 270 e 400 K. Ogni pannello contiene un caso 'non legato' in cui la distanza è impostata su 10 6 au e l'insolazione solare è diventata trascurabile. Credito:Natura Astronomia (2022). DOI:10.1038/s41550-022-01699-8
Altri pianeti più massicci possono raccogliere atmosfere primordiali molto più grandi, che in alcuni casi possono mantenere indefinitamente. "Tali enormi atmosfere primordiali possono anche indurre un effetto serra, molto simile all'atmosfera terrestre odierna. Volevamo quindi scoprire se queste atmosfere possono aiutare a creare le condizioni necessarie per l'acqua liquida", afferma Helled.
Acqua liquida per miliardi di anni
Per fare ciò, il team ha modellato a fondo innumerevoli pianeti e simulato il loro sviluppo nel corso di miliardi di anni. Rappresentavano non solo le proprietà dell'atmosfera dei pianeti, ma anche l'intensità della radiazione delle rispettive stelle e il calore interno dei pianeti che si irradiava verso l'esterno. Mentre sulla Terra, questo calore geotermico gioca solo un ruolo minore per le condizioni sulla superficie, può contribuire in modo più significativo su pianeti con enormi atmosfere primordiali.
"Quello che abbiamo scoperto è che in molti casi le atmosfere primordiali sono andate perse a causa dell'intensa radiazione delle stelle, specialmente sui pianeti vicini alla loro stella. Ma nei casi in cui le atmosfere rimangono, possono verificarsi le giuste condizioni per l'acqua liquida". riferisce Marit Mol Lous, Ph.D. studente e autore principale dello studio. Secondo il ricercatore dell'Università di Berna e dell'Università di Zurigo, "nei casi in cui un sufficiente calore geotermico raggiunge la superficie, l'irraggiamento di una stella come il sole non è nemmeno necessario affinché prevalgano condizioni sulla superficie che consentano l'esistenza di liquido acqua."
"Forse la cosa più importante, i nostri risultati mostrano che queste condizioni possono persistere per periodi di tempo molto lunghi, fino a decine di miliardi di anni", sottolinea il ricercatore, che è anche membro di NCCR PlanetS.
I pianeti con un'atmosfera primordiale di idrogeno-elio mostrano un'ampia gamma di condizioni che consentono l'acqua liquida. Credito:© (CC BY-NC-SA 4.0) - Thibaut Roger - Universität Bern - Universität Zürich.
Allargare l'orizzonte per la ricerca della vita extraterrestre
"Per molti, questo potrebbe sorprendere. Gli astronomi in genere si aspettano che l'acqua liquida si trovi nelle regioni intorno alle stelle che ricevono la giusta quantità di radiazione:non troppa, in modo che l'acqua non evapori, e non troppo poca, in modo che non si blocca tutto", spiega il coautore dello studio Christoph Mordasini, professore di astrofisica teorica all'Università di Berna e membro dell'NCCR PlanetS.
"Dato che la disponibilità di acqua liquida è un prerequisito probabile per la vita, e la vita ha probabilmente impiegato molti milioni di anni per emergere sulla Terra, questo potrebbe ampliare notevolmente l'orizzonte per la ricerca di forme di vita aliene. Sulla base dei nostri risultati, potrebbe persino emergere su cosiddetti pianeti fluttuanti, che non orbitano attorno a una stella", afferma Mordasini.
Durata delle condizioni dell'acqua liquida su pianeti non legati. I pianeti sono simulati con diverse masse del nucleo e masse dell'involucro. I colori dei punti della griglia indicano per quanto tempo ci sono state pressioni e temperature superficiali continue che hanno consentito all'acqua liquida, τlqw. La durata più lunga simulata è stata di 84 miliardi di anni per 10 M ⊕ core e 0,01 M ⊕ Busta. Se i pianeti con un'atmosfera primordiale possono ospitare acqua liquida, la durata può essere molto più lunga su pianeti non legati poiché la fonte di calore interna può evolversi più lentamente della stella ospite. Le linee di contorno indicano l'inizio delle condizioni di acqua liquida per i pianeti con τ lqw> 100 Mir. Credito:Natura Astronomia (2022). DOI:10.1038/s41550-022-01699-8
Eppure il ricercatore rimane cauto:"Sebbene i nostri risultati siano entusiasmanti, dovrebbero essere considerati con le pinze. Perché tali pianeti abbiano acqua liquida per lungo tempo, devono avere la giusta quantità di atmosfera. Non sappiamo come comune che è."
"E anche nelle giuste condizioni, non è chiaro quanto sia probabile che la vita emerga in un potenziale habitat così esotico. Questa è una domanda per gli astrobiologi. Tuttavia, con il nostro lavoro abbiamo dimostrato che la nostra idea di vita centrata sulla Terra... pianeta amico potrebbe essere troppo stretto", conclude Mordasini. + Esplora ulteriormente
