Webb risolve 5 incredibili misteri sugli esopianeti

"C'è molta eccitazione nel trovare tracce di vita aliena"
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Rilevare gli esopianeti era così difficile che gli scienziati hanno individuato il primo buco nero, rilevato la radiazione residua del Big Bang e scattato istantanee di innumerevoli galassie lontane prima di scoprire il primo pianeta oltre il nostro sistema solare nel 1992. Questo ritardo è dovuto alle enormi sfide tecniche e scientifiche implicate nell’individuare pianeti che orbitano attorno ad altre stelle, dato che gli esopianeti non emettono luce propria e sono spesso oscurati dalla luminosità delle loro stelle madri. Molti astronomi di esopianeti hanno iniziato la loro carriera prima ancora che esistesse il campo dell’astronomia degli esopianeti, un campo che è cresciuto enormemente grazie ai progressi tecnologici e alla crescente capacità di osservazione. Ora, però, gli astronomi ne hanno identificati ben oltre 5.000 e continuano a trovarne altri, un flusso continuo di scoperte che rende evidente quanto poco sappiamo ancora di questi mondi lontani. I vulcani colorati, gli oceani e le atmosfere striate di nuvole che appaiono nelle rappresentazioni degli artisti sono fantasie speculative spesso ispirate dalle uniche informazioni che gli scienziati hanno sulla maggior parte dei mondi: la loro massa, il raggio e la distanza dalla loro stella.

Il telescopio spaziale James Webb

Ma il telescopio spaziale James Webb sta rivelando gli esopianeti con nuovi dettagli abbaglianti. Gli scienziati stanno utilizzando il telescopio, lanciato alla fine del 2021, per studiare le atmosfere di centinaia di mondi, dai giganti gassosi ai mondi rocciosi delle dimensioni della Terra. Questo avanzato strumento offre una sensibilità senza precedenti alle lunghezze d’onda infrarosse, che sono particolarmente utili per identificare le tracce chimiche delle atmosfere planetarie.

Quando un esopianeta orbita attorno alla sua stella, la luce stellare passa attraverso l’atmosfera del pianeta e la luce a lunghezze d’onda specifiche viene assorbita a seconda dei gas presenti. Questo lascia tracce nello spettro della luce stellare, che gli scienziati possono usare per capire quali sostanze chimiche sono passate attraverso la luce. JWST ha già rilevato acqua, anidride carbonica, metano e altro su altri mondi, ampliando enormemente la nostra comprensione delle atmosfere esoplanetarie e delle potenziali condizioni di abitabilità.

La ricerca di tracce di vita aliena negli esopianeti

Alla luce di queste rilevazioni, Laura Kreidberg del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, in Germania, dice che spesso le viene posta una domanda in particolare su ciò che JWST potrebbe rivelare. “C’è molta eccitazione nel trovare tracce di vita aliena“, dice. “E sono entusiasta anche di questo“. Ma, aggiunge, gli scienziati hanno molto da imparare sui pianeti prima di essere in grado di rilevare la vita su altri mondi con sicurezza. E a causa di limitazioni tecniche, lo sguardo del telescopio sarà per lo più limitato agli esopianeti che sono molto caldi, molto grandi o entrambi, non a condizioni ritenute adatte alla vita. Queste limitazioni non smorzano l’entusiasmo della comunità scientifica, che vede in JWST uno strumento fondamentale per fare luce sui processi che possono portare alla formazione di ambienti abitabili e, forse, alla vita stessa.

L’eredità del nostro sistema solare

La maggior parte di ciò che sappiamo oggi sugli esopianeti proviene dagli otto pianeti del nostro sistema solare. La durata pianificata di 10 anni del JWST potrebbe rivelare molto, forse rispondendo a domande fondamentali tra cui di cosa sono fatti gli esopianeti, come si formano e se il nostro sistema solare è un bizzarro all’interno del nostro vicinato galattico. L’analisi comparativa tra i nostri pianeti e quelli scoperti in altri sistemi solari potrebbe svelare nuove leggi della fisica planetaria e fornire indizi cruciali su come si formano i pianeti e su come evolve la vita nell’universo. Ecco cinque grandi enigmi planetari che gli scienziati sperano di risolvere con JWST.

Perché alcuni pianeti rocciosi hanno un’atmosfera e altri no?

Se un pianeta roccioso deve ospitare la vita, ha bisogno di un’atmosfera. Ma gli scienziati non sono ancora sicuri di cosa determini se un corpo roccioso può trattenere un guscio esterno gassoso. Gli astronomi sono alla ricerca di quella che chiamano la “linea di costa cosmica“, una linea di demarcazione concettuale che separa mondi con e senza atmosfere. Nel 2017, gli scienziati hanno identificato una linea costiera di questo tipo all’interno del nostro sistema solare, stabilita dall’equilibrio tra la quantità di radiazione che un pianeta o una luna riceve dal sole e la forza della gravità superficiale del mondo. La luce solare fornisce alle particelle di gas l’energia necessaria per fuggire dall’atmosfera superiore, mentre la gravità trattiene i gas atmosferici verso il pianeta.

La linea di costa cosmica nell’intera galassia

Per verificare se questo tipo di linea costiera cosmica esiste in tutta la galassia, gli scienziati devono capire quali esopianeti hanno un’atmosfera e quali no. Questa domanda può sembrare incredibilmente semplice, ma solo ora sta diventando possibile rispondere grazie a JWST. Renyu Hu, astronomo presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, dice che lui e i suoi colleghi hanno risolto la questione dell’atmosfera per 55 Cancri e, un pianeta che orbita attorno a una stella simile al sole a circa 40 anni luce dalla Terra. 55 Cancri e è una super-Terra, un po’ più grande della Terra ma molto più piccola di Nettuno. In un articolo pubblicato l’8 maggio su Nature, Hu e colleghi presentano i dati del JWST che suggeriscono che 55 Cancri e ha un’atmosfera di monossido di carbonio, anidride carbonica o una miscela dei due con azoto. È la prima rilevazione di un’atmosfera che avvolge un esopianeta terrestre o roccioso.

L’incertezza sugli altri mondi rocciosi

Ma gli scienziati sono pessimisti sull’esistenza di atmosfere sugli altri mondi rocciosi che il JWST sta osservando, in particolare quelli in orbita attorno a stelle nane M. Queste stelle piccole e deboli sono più facili da vedere per JWST. Tendono anche a emettere raffiche di radiazioni che strappano l’atmosfera più spesso di stelle come il nostro sole. Quindi alcuni scienziati dubitano che i pianeti rocciosi attorno a queste stelle possano trattenere le atmosfere.

Secondo le osservazioni del JWST di LHS 3844b, una super-Terra in orbita attorno a una stella di questo tipo, il pianeta è quasi certamente una roccia nuda. Le osservazioni del JWST dei pianeti TRAPPIST-1b e TRAPPIST-1c, che orbitano attorno alla nana M TRAPPIST-1, suggeriscono che anche questi pianeti sono spogli. Ma è anche possibile che abbiano atmosfere molto sottili, dice l’astronoma Elsa Ducrot dell’Osservatorio di Parigi. Il lavoro di follow-up con JWST aiuterà a risolvere la questione. Mentre gli scienziati usano JWST per identificare più esempi di pianeti rocciosi con e senza atmosfere, la nostra comprensione della costa cosmica può essere messa alla prova.

La geologia degli esopianeti: un nuovo campo di esplorazione

La scoperta di esopianeti senza atmosfera permetterà anche agli astronomi di studiare qualcosa di impossibile da sondare direttamente prima del JWST: la geologia degli esopianeti. “Sono davvero entusiasta di questo“, dice Kreidberg. “Certo, voglio vedere le atmosfere. Ma penso che ci sia molto da imparare anche dalla superficie“. Kreidberg e il suo team hanno in programma di utilizzare JWST per cercare le impronte chimiche di rocce specifiche nella luce infrarossa proiettata dalla super-Terra rocciosa e senz’aria LHS 3844b. Imparare di cosa è fatta la superficie del pianeta sarebbe un potente indizio sulla storia geologica del pianeta e sui processi in corso.

Il fascino del granito e del basalto

Trovare segni di granito sarebbe particolarmente intrigante. Il granito è una roccia comune sulla Terra che si forma da roccia riciclata e rifusa. Questo suggerirebbe che gli esopianeti hanno una forma di tettonica a placche. “Nella nostra esperienza, il granito si forma su pianeti che hanno molta acqua“, dice Kreidberg. La scoperta di granito su un pianeta oggi senz’aria suggerirebbe che una volta c’era acqua. La caccia alle atmosfere degli esopianeti e alla geologia superficiale è solo l’inizio del viaggio con JWST. Le risposte che fornirà trasformeranno la nostra comprensione dei mondi oltre il nostro sistema solare e getteranno nuova luce sui misteri che circondano la formazione, l’evoluzione e l’abitabilità dei pianeti.

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