I ricercatori stanno spiando segni di vita tra le atmosfere degli esopianeti.

29 gennaio 2024

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a cura di Tatyana Woodall, The Ohio State University

La prossima generazione di telescopi avanzati potrebbe migliorare la ricerca di possibili forme di vita extraterrestre analizzando attentamente le atmosfere dei pianeti extrasolari vicini, suggeriscono nuove ricerche.

Pubblicato di recente nel The Astronomical Journal, un articolo descrive come un team di astronomi dell'Ohio State University ha esaminato la capacità dei prossimi telescopi di rilevare tracce chimiche di ossigeno, anidride carbonica, metano e acqua su 10 pianeti extrasolari rocciosi. Questi elementi sono biomarcatori che si trovano anche nell'atmosfera terrestre e possono fornire prove scientifiche chiave sulla presenza di vita.

Lo studio ha scoperto che per una coppia di questi mondi vicini, Proxima Centauri b e GJ 887 b, questi telescopi sono particolarmente abili nel rilevare la presenza di potenziali biomarcatori. Dei due, i risultati mostrano che solo per Proxima Centauri b le macchine sarebbero in grado di rilevare l'anidride carbonica se presente. Sebbene non sia stato trovato nessun esopianeta che corrisponda esattamente alle prime condizioni terrestri per la vita, questo lavoro suggerisce che, se esaminati in modo più dettagliato, queste Super Terre uniche - pianeti più massicci della Terra ma più piccoli di Nettuno - potrebbero rappresentare un obiettivo adatto per future missioni di ricerca.

Per approfondire la ricerca di pianeti abitabili, Huihao Zhang, autore principale dello studio e laureato in astronomia presso l'Ohio State, e i suoi colleghi hanno anche cercato di determinare l'efficacia di strumenti di imaging specializzati come il Telescopio Spaziale James Webb (JWST) e altri Telescopi Estremamente Grandi (ELT) come l'European Extremely Large Telescope, il Thirty-Meter-Telescope e il Giant Magellan Telescope nella diretta osservazione di esopianeti.

"Non tutti i pianeti sono adatti all'imaging diretto, ma è per questo che le simulazioni ci danno un'idea approssimativa di ciò che gli ELT potrebbero ottenere e delle promesse che sono destinate a mantenere quando saranno costruiti", ha detto Zhang.

Il metodo diretto di imaging degli esopianeti implica l'uso di un coronografo o di una stella oscurante per bloccare la luce di una stella ospite, consentendo agli scienziati di catturare un'immagine fioca del nuovo mondo in orbita. Ma poiché individuarli in questo modo può essere difficile e richiedere tempo, i ricercatori hanno cercato di valutare come gli ELT potrebbero gestire questa sfida.

Per fare ciò, hanno testato le capacità degli strumenti di ciascun telescopio nel differenziare il rumore di fondo universale dal rumore planetario che cercavano di catturare durante il rilevamento dei biomarcatori; chiamato rapporto segnale-rumore, più è alto, più facilmente è possibile rilevare e analizzare la lunghezza d'onda di un pianeta.

I risultati hanno mostrato che la modalità di imaging diretto di uno degli strumenti dell'ELT europeo, chiamato Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, si è comportata meglio per tre pianeti (GJ 887 b, Proxima b e Wolf 1061 c) nel rilevare la presenza di metano, anidride carbonica e acqua, mentre il suo strumento High Angular Resolution Monolithic Optical and Near-infrared Integral field spectrograph poteva rilevare metano, anidride carbonica, ossigeno e acqua, ma aveva bisogno di un tempo di esposizione molto maggiore.

Inoltre, poiché queste conclusioni riguardavano strumenti che dovranno scrutare la nebbia chimica dell'atmosfera terrestre per progredire nella ricerca di vita cosmica, sono state confrontate con le attuali capacità spaziali di JWST, ha detto Zhang.

"È difficile dire se i telescopi spaziali sono migliori dei telescopi terrestri, perché sono diversi", ha detto. "Hanno ambienti diversi, posizioni diverse e le loro osservazioni hanno influenze differenti".

In questo caso, i risultati hanno rivelato che, mentre GJ 887 b è uno dei bersagli più adatti per l'imaging diretto dell'ELT poiché la sua posizione e dimensione risultano in un rapporto segnale-rumore particolarmente elevato, per alcuni pianeti in transito, come il sistema TRAPPIST-1, le tecniche di JWST per lo studio delle atmosfere planetarie sono più adatte per rilevarli rispetto all'imaging diretto degli ELT sulla Terra.

Ma poiché lo studio ha assunto un'ipotesi più conservativa con i dati, ha detto Zhang, l'efficacia reale degli strumenti astronomici futuri potrebbe ancora sorprendere gli scienziati. E a parte i contrasti sottili nelle prestazioni, queste potenti tecnologie servono ad ampliare la nostra comprensione dell'universo e sono destinate a completarsi a vicenda, ha detto Ji Wang, co-autore dello studio e professore associato in astronomia presso l'Ohio State. È per questo che studi come questo, che valutano i limiti di quelle tecnologie, sono necessari, ha affermato.

'The importance of simulation, especially for missions that cost billions of dollars, cannot be stressed enough,' said Wang. 'Not only do people have to build the hardware, they also try really hard to simulate the performance and be prepared to achieve those glorious results.'

In all likelihood, as the ELTs won't be completed until the tail end of the decade, researchers' next steps will settle around simulating how well future ELT instruments will take to investigating the intricacies of our own planet's rampant proofs of life.

'We want to see to what extent we can study our atmosphere to exquisite detail and how much information we can extract from it,' said Wang. 'Because if we cannot answer habitability questions with Earth's atmosphere, then there's no way we can start to answer these questions around other planets.'

Journal information: Astronomical Journal

Provided by The Ohio State University