Rilevare l'ossigeno degli esopianeti

Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare l'ossigeno nelle atmosfere degli esopianeti che potrebbe accelerare la ricerca della vita.

Una possibile indicazione di vita, o biosignatura, è la presenza di ossigeno nell'atmosfera di un esopianeta. L'ossigeno viene generato dalla vita sulla Terra quando organismi come piante, alghe e cianobatteri usano la fotosintesi per convertire la luce solare in energia chimica.

UC Riverside ha contribuito a sviluppare la nuova tecnica, che utilizzerà il James Webb Space Telescope della NASA per rilevare un forte segnale che le molecole di ossigeno producono quando si scontrano. Questo segnale potrebbe aiutare gli scienziati a distinguere tra pianeti viventi e non viventi.

Poiché gli esopianeti, che orbitano attorno a stelle diverse dal nostro sole, sono così lontani, gli scienziati non possono cercare segni di vita visitando questi mondi lontani. Invece, devono usare un telescopio all'avanguardia come Webb per vedere cosa c'è dentro le atmosfere degli esopianeti.

«Prima del nostro lavoro, si pensava che l'ossigeno a livelli simili a quello sulla Terra non fosse rilevabile con il James Webb Space Telescope», ha dichiarato il dottor Thomas Fauchez (1) del Goddard Space Flight Center della NASA e autore principale dello studio. «Questo segnale che attesta la presenza di ossigeno è noto dai primi anni '80 dagli studi atmosferici della Terra, ma non è mai stato studiato per la ricerca sugli esopianeti.»

L'astrobiologo dell'UC Riverside Edward Schwieterman (2) originariamente aveva proposto un modo simile per rilevare alte concentrazioni di ossigeno dai processi non viventi ed era un membro del team che ha sviluppato questa tecnica. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nature Astronomy. (3)

«L'ossigeno è una delle molecole più interessanti da rilevare a causa del suo legame con la vita, ma non sappiamo se la vita sia l'unica causa dell'ossigeno in un'atmosfera», ha detto Schwieterman. «Questa tecnica ci permetterà di trovare ossigeno nei pianeti sia vivi che morti».

Quando le molecole di ossigeno si scontrano tra loro, impediscono a parti dello spettro di luce infrarossa di essere viste da un telescopio. Esaminando i modelli in quella luce, possono determinare la composizione dell'atmosfera del pianeta.

Il dottor Edward Schwieterman ha aiutato il team della NASA a calcolare quanta luce sarebbe stata bloccata da queste collisioni di ossigeno.

Curiosamente, alcuni ricercatori suggeriscono che l'ossigeno può anche far apparire un esopianeta che ospita la vita quando non lo fa, perché può accumularsi nell'atmosfera di un pianeta senza alcuna attività vitale.

Se un esopianeta è troppo vicino alla sua stella ospite o riceve troppa luce stellare, l'atmosfera diventa molto calda e satura di vapore acqueo proveniente dagli oceani in evaporazione. Quest'acqua potrebbe quindi essere scomposta da forti radiazioni ultraviolette in idrogeno atomico e ossigeno. L'idrogeno, che è un atomo di luce, fugge nello spazio molto facilmente, lasciando indietro l'ossigeno.

Nel tempo, questo processo può causare la perdita di interi oceani durante la formazione di una densa atmosfera di ossigeno - più uniforme, di quanto si potrebbe fare dalla vita. Quindi, l'ossigeno abbondante nell'atmosfera di un esopianeta potrebbe non necessariamente significare una vita abbondante ma può invece indicare una storia di perdita d'acqua.

Il dottor Edward Schwieterman avverte che gli astronomi non sono ancora sicuri di quanto sia diffuso questo processo sugli esopianeti. «È importante sapere se e quanti pianeti morti generano ossigeno atmosferico, in modo che possiamo riconoscere meglio quando un pianeta è vivo o no», ha detto.

La ricerca è stata finanziata dalla Seller Exoplanet Environments Collaboration di Goddard, finanziata in parte dal modello di finanziamento per gli scienziati interni della NASA Planetary Science Division. Questo progetto ha anche ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea sotto la sovvenzione Marie Sklodowska-Curie, il team NASA Astrobiology Institute Alternative Earths e il NExSS Virtual Planetary Laboratory.

James Webb Space Telescope della NASA sarà il principale osservatorio mondiale di scienze spaziali quando verrà lanciato nel 2021. Permetterà agli scienziati di risolvere misteri nel nostro sistema solare, guardare mondi lontani attorno ad altre stelle e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso.

Bill Steigerwald e Nancy Jones del Goddard Space Flight Center della NASA hanno dato un contributo significativo a questa ricerca.

Riferimenti:

(1) Thomas Fauchez

(2) Edward Schwieterman

(3) Sensitive probing of exoplanetary oxygen via mid-infrared collisional absorption

Descrizione foto: immagine concettuale di esopianeti portanti (a sinistra) e asciutti (a destra) con atmosfere ricche di ossigeno. Le crisi sono altri pianeti nel sistema e la sfera rossa è la stella M-nana attorno alla quale orbitano gli esopianeti. L'esopianeta secco è più vicino alla stella, quindi la stella appare più grande. - Credit: (NASA/GSFC/Friedlander-Griswold).

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Scientists develop new method to detect oxygen on exoplanets