Buona parte degli esopianeti abitabili potrebbero trovarsi in orbita attorno a nane rosse, ma la vicinanza necessaria con la stella ospitante potrebbe causare qualche problema.

Gli astronomi sono molto interessati alle nane rosse e ai pianeti che le orbitano attorno. Secondo alcune ricerche, fino all’85% delle stelle nella Via Lattea potrebbero essere nane rosse e il 40% di esse potrebbe ospitare esopianeti simili alla Terra nelle loro zone abitabili. Ma ci sono alcuni problemi con la loro potenziale abitabilità, e uno di questi è il blocco delle maree.

Le nane rosse sono le stelle di sequenza principale più piccole e più fredde. Poiché sono oggetti di massa così piccola, si sviluppano lentamente e possono vivere a lungo e le meno massicce tra loro potrebbero mantenere una luminosità costante per trilioni di anni. Tuttavia un pianeta, per poter ricevere sufficiente energia deve trovarsi più vicino a essa rispetto a stelle di altra categoria come il nostro Sole.

L’abbondanza di nane rosse

An artist's illustration of the nearby red dwarf AD Leonis, also known as Gliese 388. Like other red dwarfs, it's known to flare violently, but flaring wasn't part of this study. Image Credit: National Astronomical Observatory of Japan.
Rappresentazione artistica di AD Leonis, una nana rossa nota anche come Gliese 388. Credit: National Astronomical Observatory of Japan.

Se le stime di 250 miliardi di stelle presenti nella Via Lattea sono accurate, allora 212 miliardi di esse potrebbero essere nane rosse. E gli astronomi pensano che questa popolazione stellare ospiti molti pianeti rocciosi nelle loro zone abitabili.

Le nane rosse sono inoltre piccole e deboli mentre altre stelle possono essere così luminose che è quasi impossibile rilevare piccoli pianeti quando transitano davanti a loro. Ma le nane rosse sono molto meno intense, quindi la loro luce non crea lo stesso ostacolo. 

Poiché le nane rosse non sono molto luminose, le loro zone abitabili sono più vicine e i pianeti devono essere vicini alle nane M per trovarsi nelle condizioni ideali. Ma quella vicinanza li mette nella morsa gravitazionale delle loro stelle, il cosiddetto blocco mareale, che impedisce loro di ruotare. Quindi potrebbe essere un fatto comune che i pianeti nelle zone abitabili delle nane rosse si trovino in questa condizione.

Un nuovo studio ha esaminato i pianeti bloccati dalle maree vicini a nane rosse per capire quali condizioni potrebbero rendere abitabili le loro regioni oltre la linea di terminazione – la linea del pianeta che separa la parte illuminata da quella buia.

La regione a “bulbo oculare”

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Rappresentazione artistica di Trappist-1 f, esopianeta che presenta il caratteristico “bulbo oculare” nel lato diurno. Credit: NASA/JPL-Caltech

Quando un pianeta mostra sempre la stessa faccia alla sua stella, crea ciò che gli scienziati planetari a volte chiamano regione a “bulbo oculare”. La parte del pianeta direttamente rivolta verso la stella è riscaldata, ma oltre la linea di terminazione non lo è. Questo può creare un pianeta con acqua liquida in direzione della stella ma ghiacciata nel resto, creando un effetto simile a un occhio umano.

Studi precedenti si sono concentrati su scenari in cui l’abitabilità frazionaria è confinata alla regione dell’occhio, ma la nuova ricerca ha esplorato la possibilità che possano esserci aree abitabili anche oltre la linea di terminazione.

Le temperature estreme tra il giorno e la notte potrebbero infatti non essere estreme se l’atmosfera di un pianeta ha sufficiente circolazione atmosferica. Sugli esopianeti con acqua superficiale significativa, il trasporto di calore oceanico potrebbe influenzare le temperature laterali diurne e notturne, moderando potenzialmente le temperature.

Ma quali rapporti acqua/terra possono creare una zona di terminazione abitabile? I modelli realizzati dallo studio hanno cercato di dare una risposta.

Senza circolazione atmosferica o oceanica, il lato notturno di questi pianeti bloccati dalle maree è probabilmente congelato. Al contrario, il lato diurno potrebbe vedere una concentrazione di vapore acqueo che non si dissipa mai, creando un effetto serra fuori controllo. Ma a seconda di quanto calore può far circolare il pianeta, la fascia di abitabilità vicina alla linea di terminazione potrebbe essere più ampia o più sottile.

Zone di terminazione abitabili?

No sudden, sharp boundary marks the passage of day into night. Instead, the shadow line or terminator is diffuse and shows the gradual transition to darkness we experience on Earth as twilight. For a tidally locked planet there is no day or night, only freezing darkness on one side and burning constant sunlight on the other. The terminator zone is bathed in constant twilight and would likely be the only place on the planet to be potentially hospitable.Image courtesy of the Image Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center
Rappresentazione artistica della zona di terminazione, l’area è immersa in un crepuscolo costante e sarebbe probabilmente l’unico posto sul pianeta potenzialmente ospitale. Credits: Image Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center

I modelli si sono concentrati su una stella specifica chiamata AD Leonis. Hanno scelto AD Leonis non perché gli esopianeti gli orbitino attorno, ma perché è una stella ben nota che rappresenta una classe di nane rosse più luminose, dove gli astronomi hanno trovato la maggior parte degli esopianeti della zona abitabile. Si trova anche vicina al Sole, a soli 16 anni luce di distanza, quindi è relativamente facile da osservare.

Da registrare che AD Leonis è anche una stella nota per i suoi brillamenti che però non sono stati presi in considerazione per questo studio.

Il team di ricercatori ha eseguito due serie di simulazioni per esplorare l’abitabilità nell’area prossima ai terminatori. Un set riguardava esopianeti oceanici abbondanti d’acqua e l’altro riguardava pianeti terrestri limitati dall’acqua. Il team ha confrontato i risultati per esaminare come questi pianeti potrebbero essere abitabili.

La ricerca ha dimostrato che alcune delle variabili hanno prodotto effetti concorrenti. Ad esempio, una temperatura planetaria media più alta può produrre più vapore acqueo che può agire come un gas serra. Ma l’aumento del vapore acqueo significa anche più copertura nuvolosa. Ciò può aumentare l’albedo del pianeta, riflettendo più energia stellare lontano da esso e aiutandolo a rimanere più fresco.

Gli autori sottolineano che affinché un pianeta abbia una zona di terminazione abitabile, deve avere una grande oscillazione tra le sue temperature diurne e notturne. Solo questa dinamica può produrre una regione terminatrice sufficientemente ampia da creare temperature abitabili.

La ricerca ha mostrato che i pianeti oceanici simulati non possono produrre una regione terminatrice abitabile. Più uno di questi pianeti è vicino alla nana rossa, maggiore è la sua interazione che riduce la differenza tra le temperature diurne e notturne. Quei pianeti produrrebbero un clima omogeneo prima che il lato diurno raggiunga un effetto serra fuori controllo.

I pianeti con acqua limitata si sono invece rivelati ottimi in termini di stabilità climatica a lungo termine, il che significa che il terminatore potrebbe essere abitabile per lunghi periodi.

Servono maggior dati

Rappresentazione artistica del sistema planetario in orbita attorno alla stella nana rossa Gliese 581. Credit: ESO

Gli astronomi hanno tuttavia ancora difficoltà a determinare il contenuto d’acqua delle nane rosse. Gli studi sulla velocità radiale possono misurare quanto un pianeta subisce influenze dalla sua stella e possono fornire una certa comprensione della densità del pianeta se combinati con misurazioni delle dimensioni.

Un pianeta a bassa densità probabilmente ha più acqua, ma quelle misure non sono certe.

Se una zona terminatrice abitabile è più probabile su esopianeti limitati dall’acqua, ciò potrebbe influire sulla possibilità di vita. La vita ha bisogno di acqua. Ci sono molte variabili complesse in azione su questi esopianeti a cui si può trovare risposte, ma solo con ulteriori ricerche.

Questo studio è un buon punto di partenza e può aiutare gli astronomi a selezionare i migliori bersagli per le successive osservazioni con il James Webb. Gli studi futuri dovranno esplorare una gamma più ampia di configurazioni dei pianeti terrestri, in particolare quelli che utilizzano le generazioni future di modelli di superficie e di ghiaccio, per poter avere una maggiore serie di situazioni e verificare quali potrebbero essere le condizioni ottimali che favoriscano la vita.

Riferimenti: Universe Today, ArXiv

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