Sappiamo che ci sono migliaia di esopianeti là fuori, e molti altri milioni in attesa di essere scoperti. Ma la stragrande maggioranza degli esopianeti è semplicemente inabitabile. Per i pochi che potrebbero essere abitabili, possiamo determinare se lo sono solo esaminando le loro atmosfere. LIFE, il grande interferometro per esopianeti, può aiutare.
La ricerca di biofirme su esopianeti potenzialmente abitabili si sta intensificando. Il JWST ha raccolto con successo alcuni spettri atmosferici dalle atmosfere degli esopianeti, ma ha molti altri lavori da svolgere e il tempo di osservazione è molto richiesto. Un telescopio spaziale progettato chiamato LIFE è dedicato alla ricerca delle biofirme degli esopianeti e, recentemente, i ricercatori hanno effettuato un test:può rilevare le biofirme della Terra?
Essendo un interferometro, LIFE è composto da cinque telescopi separati che lavoreranno all'unisono per espandere le dimensioni di lavoro del telescopio. LIFE è sviluppato dall'ETH di Zurigo (Istituto Federale di Tecnologia di Zurigo) in Svizzera. LIFE osserverà nel medio infrarosso, dove si possono trovare le linee spettrali delle importanti sostanze chimiche bioindicative ozono, metano e protossido di azoto.
LIFE sarà situato a Lagrange Point 2, a circa 1,5 milioni di km (1 milione di miglia) di distanza, dove si trova anche il JWST. Da quella posizione, osserverà un elenco di obiettivi di esopianeti nella speranza di trovare biofirme. "Il nostro obiettivo è rilevare i composti chimici nello spettro luminoso che suggeriscono la vita sugli esopianeti", ha spiegato Sascha Quanz, professore di esopianeti e abitabilità all'ETH di Zurigo, che guida l'iniziativa LIFE.
LIFE è ancora solo un concetto e i ricercatori volevano testarne le prestazioni. Poiché non è stato ancora costruito, un team di ricercatori ha utilizzato l'atmosfera terrestre come banco di prova. Hanno trattato la Terra come se fosse un pianeta extrasolare e hanno testato i metodi LIFE rispetto allo spettro atmosferico conosciuto della Terra in diverse condizioni. Hanno utilizzato uno strumento chiamato LIFEsim per lavorare con i dati. I ricercatori spesso utilizzano dati simulati per testare le capacità della missione, ma in questo caso hanno utilizzato dati reali.
I loro risultati sono pubblicati su The Astronomical Journal . La ricerca è intitolata "Large Interferometer For Exoplanets (LIFE). XII. The Detectability of Capstone Biosignatures in the Mid-infrared—Sniffing Exoplanetary Laughing Gas and Methylated Halogens". L'autore principale è il dottor Daniel Angerhausen, astrofisico e astrobiologo dell'ETH di Zurigo.
In uno scenario reale, la Terra sarebbe solo un puntino distante, quasi impossibile da distinguere. Tutto ciò che LIFE vedrebbe è lo spettro atmosferico del pianeta, che cambierebbe nel tempo a seconda delle viste catturate dal telescopio e, soprattutto, per quanto tempo lo ha osservato.
Questi spettri verrebbero raccolti nel tempo e ciò porta a una domanda importante:in che modo la geometria dell'osservazione e le variazioni stagionali influenzerebbero le osservazioni di LIFE?
Fortunatamente per il gruppo di ricerca, abbiamo ampie osservazioni della Terra su cui lavorare. I ricercatori hanno lavorato con tre diverse geometrie di osservazione:due viste dai poli e una dalla regione equatoriale. Da questi tre punti di vista, hanno lavorato con i dati atmosferici di gennaio e luglio, che rappresentano le maggiori variazioni stagionali.
Sebbene le atmosfere planetarie possano essere estremamente complesse, gli astrobiologi si concentrano su alcuni aspetti per rivelare il potenziale di un pianeta di ospitare la vita. Di particolare interesse sono le sostanze chimiche N2 0, CH3 Cl e CH3 Br (protossido di azoto, clorometano e bromometano), che possono essere tutti prodotti biogenicamente. "Utilizziamo una serie di scenari derivati da modelli di cinetica chimica che simulano la risposta atmosferica di vari livelli di produzione biogenica di N2 O, CH3 Cl e CH3 Br in O2 -ricche atmosfere dei pianeti terrestri per produrre modelli futuri per il nostro software di simulazione di osservazione LIFEsim," scrivono gli autori.
In particolare, i ricercatori volevano sapere se LIFE sarà in grado di rilevare la CO2 , acqua, ozono e metano sul pianeta Terra da circa 30 anni luce di distanza. Questi sono segni di un mondo temperato e in grado di supportare la vita, in particolare ozono e metano, prodotti dalla vita sulla Terra, quindi se LIFE può rilevare la chimica biologica sulla Terra in questo modo, può rilevarla anche su altri mondi.
LIFE è stato in grado di rilevare la CO2 , acqua, ozono e metano sulla Terra. Ha inoltre rilevato alcune condizioni superficiali che indicano acqua liquida. Curiosamente, i risultati di LIFE non dipendono dall’angolo da cui viene vista la Terra. Questo è importante poiché non sappiamo da quali angoli LIFE osserverà gli esopianeti.
Le fluttuazioni stagionali sono l’altro problema e non erano così facili da osservare. Ma fortunatamente, sembra che questo non sarà un fattore limitante. "Anche se la stagionalità atmosferica non è facilmente osservabile, il nostro studio dimostra che le missioni spaziali di prossima generazione possono valutare se i vicini esopianeti terrestri temperati sono abitabili o addirittura abitati", ha affermato Quanz.
Tuttavia, rilevare le sostanze chimiche desiderate non è sufficiente. La parte critica è quanto tempo ci vuole. Costruire un interferometro spaziale in grado di rilevare queste sostanze chimiche ma che richiedesse troppo tempo per farlo non sarebbe pratico o efficace. "Utilizziamo i risultati per ricavare i tempi di osservazione necessari per l'individuazione di questi scenari e li applichiamo per definire i requisiti scientifici per la missione", scrive il gruppo di ricerca nel loro articolo.
Per tracciare un quadro più ampio dei tempi di osservazione di LIFE, i ricercatori hanno sviluppato un elenco di obiettivi. Hanno creato una "... distribuzione della distanza dei pianeti HZ con raggi compresi tra 0,5 e 1,5 raggi terrestri attorno a stelle di tipo M e FGK entro 20 PC dal sole che sono rilevabili con LIFE". I dati per questi obiettivi provengono dalla NASA e da altre ricerche precedenti.
I risultati mostrano che per alcuni obiettivi sono necessari solo pochi giorni, mentre per altri potrebbero essere necessari fino a 100 giorni per rilevare abbondanze rilevanti.
Quelli che il team chiama "obiettivi d'oro" sono i più facili da osservare. I pianeti di Proxima Centauri sono un esempio di questo tipo di obiettivi. Per questi pianeti sono necessari solo pochi giorni di osservazione. Ci vorranno circa dieci giorni di osservazioni con LIFE per osservare "alcuni scenari standard come i pianeti temperati e terrestri attorno a ospiti di stelle M al 5%", scrivono i ricercatori. I casi più impegnativi ancora realizzabili sono gli esopianeti gemelli della Terra a circa 5 parsec di distanza. Secondo i risultati, LIFE necessita di circa 50-100 giorni di osservazione per rilevare le biofirme.
LIFE è ancora solo una potenziale missione a questo punto. Non è la prima missione proposta che si concentrerebbe esclusivamente sull’abitabilità degli esopianeti. Nel 2023, la NASA ha proposto l'Habitable Worlds Observatory (HWO). Il suo obiettivo è immaginare direttamente almeno 25 mondi potenzialmente abitabili e quindi cercare biofirme nelle loro atmosfere.
Ma secondo gli autori, i risultati mostrano che LIFE è l'opzione migliore.
"Se ci sono sistemi esoplanetari stellari di tipo tardo nelle vicinanze del sole con pianeti che mostrano biosfere globali che producono N2 O e CH3 X, LIFE sarà la missione futura più adatta per cercarli sistematicamente ed eventualmente rilevarli," concludono.
Ulteriori informazioni: Daniel Angerhausen et al, Grande interferometro per esopianeti (LIFE). XII. La rilevabilità delle firme biologiche Capstone nel medio infrarosso:annusare il gas esilarante esoplanetario e gli alogeni metilati, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1f4b
Fornito da Universe Today
