A patto che possiedano atmosfere dense e dominate dall’idrogeno, le lune in orbita attorno a esopianeti erranti potrebbero trattenere gran parte del calore generato nelle loro profondità dalle forze mareali. Un nuovo studio, condotto da David Dahlbüdding del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics e da Giulia Roccetti dell’Agenzia Spaziale Europea, prevede che l’idrogeno potrebbe agire come un potente gas serra, potenzialmente creando condizioni abitabili per miliardi di anni dopo che i pianeti ospiti vengono espulsi dai loro sistemi stellari. Il lavoro è stato pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Idrogeno che assorbe calore
Gli astronomi hanno ora scoperto centinaia di esopianeti che vagano nello spazio interstellare, la maggior parte dei quali probabilmente espulsi dai loro sistemi di origine da violenti incontri gravitazionali nel lontano passato. Dopo l’espulsione, questi mondi erranti sarebbero probabilmente diventati estremamente freddi e bui; secondo alcuni astronomi, le loro lune potrebbero aver avuto un destino più interessante.
Durante il caos dell’espulsione, l’orbita di una luna può allungarsi notevolmente, subendo ripetute deformazioni dovute alla gravità del pianeta ospite. Proprio come Europa ed Encelado nel nostro Sistema Solare, queste forze mareali potrebbero generare enormi quantità di calore interno. Se l’atmosfera di una luna del genere fosse sufficientemente instabile da permettere ai gas di condensarsi allo stato liquido, la maggior parte di questo calore mareale si disperderebbe semplicemente nello spazio. Ma la situazione potrebbe essere molto diversa per atmosfere ad alta pressione dominate dall’idrogeno.
Nell’atmosfera terrestre attuale, le molecole di idrogeno (semplici coppie di atomi di idrogeno legati tra loro) hanno un effetto riscaldante limitato, ma ad alte pressioni possono assorbire calore attraverso un processo noto come “assorbimento indotto da collisione” (CIA). Durante le collisioni fugaci, le molecole di idrogeno formano complessi sopramolecolari: assemblaggi temporanei tenuti insieme da legami deboli e non covalenti. Questi complessi sono molto più efficaci nell’assorbire le radiazioni infrarosse rispetto ai legami all’interno delle singole molecole di idrogeno e possono competere con l’assorbimento di potenti gas serra come l’anidride carbonica e il metano.
Di conseguenza, alcuni studi precedenti hanno considerato quanta energia generata all’interno di una luna, o persino di pianeti appena formati, potrebbe essere intrappolata in modo efficiente in una densa atmosfera di idrogeno. Se ciò fosse possibile, queste atmosfere potrebbero riscaldarsi senza la condensazione su larga scala che affliggeva i precedenti modelli dominati dall’anidride carbonica.
“Una simile esoluna potrebbe avere temperature superficiali sufficienti a mantenere l’acqua allo stato liquido anche in assenza di una stella vicina, ampliando significativamente le possibilità che la vita emerga nell’Universo”, spiega Dahlbüdding. “Tuttavia, sebbene tali lune potrebbero essere individuate in un futuro prossimo, la conferma e l’analisi di una qualsiasi atmosfera potrebbero risultare impossibili per molto tempo”.
Combinazione di calcoli
Per ora, il modo migliore per esplorare questi ambienti esotici è attraverso la modellazione. Come spiega Dahlbüdding, queste simulazioni permettono ai ricercatori di seguire l’evoluzione dell’atmosfera e dell’orbita di una luna nel corso di miliardi di anni successivi all’espulsione del pianeta. “Abbiamo combinato calcoli accurati delle temperature atmosferiche con informazioni sulla composizione chimica, principalmente tramite condensazione“, afferma. “Questo si traduce nelle simulazioni più realistiche – seppur approssimative – di tali lune finora realizzate”.
Inoltre, i ricercatori hanno incorporato le più recenti scoperte teoriche su come le orbite delle esolune cambiano nel tempo. “Nel 2023, uno studio condotto da Giulia Roccetti ha modellato come la circolarizzazione orbitale porti a una diminuzione del calore mareale disponibile nel tempo”, continua Dahlbüdding. “Insieme a questi risultati precedenti, possiamo calcolare il tempo massimo trascorso nella zona abitabile”.
Conservazione dell’acqua liquida
I calcoli del team rivelano che nelle atmosfere più dense dominate dall’idrogeno (che raggiungono una pressione 100 volte superiore a quella terrestre), l’effetto dell’assorbimento indotto dalle collisioni creerebbe condizioni sufficientemente calde e stabili da permettere la presenza di acqua liquida. In alcuni casi, queste condizioni abitabili potrebbero persistere fino a 4,3 miliardi di anni dopo l’espulsione del pianeta ospite, un periodo paragonabile all’età attuale della Terra.
“L’idrogeno non agisce solo come un potente gas serra, ma anche come un ambiente stabile in cui specie più o meno condensabili come metano, ammoniaca e vapore acqueo possono contribuire ulteriormente a trattenere il calore interno”, afferma Dahlbüdding.
Parallelismi con la Terra primordiale
Oltre a modellare le esolune distanti, i ricercatori suggeriscono che le loro scoperte potrebbero anche far luce sul passato della Terra. Prima della comparsa della vita, l’atmosfera del nostro pianeta potrebbe essere stata molto più ricca di idrogeno di quanto non lo sia oggi, e periodicamente pressurizzata da frequenti impatti di asteroidi: condizioni che potrebbero aver intensificato l’assorbimento indotto dalle collisioni. Tali ambienti potrebbero aver favorito la formazione e la replicazione delle molecole di RNA, contribuendo in definitiva ad avviare il processo evolutivo.
“Attraverso discussioni continue, stiamo collegando la nostra ricerca ai più recenti progressi nella ricerca sull’origine della vita sulla Terra“, afferma Dahlbüdding. “E con il nostro articolo, speriamo di costruire questo ponte tra bio- e astrofisica anche per altri scienziati“.
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