Nuovi indizi su cosa accadrà quando il sole divorerà la terra | Rivista Quanti

Il destino della Terra dipende dal lancio di una moneta.

Tra 5 miliardi di anni, il nostro Sole si trasformerà in una stella gigante rossa. Se la Terra sopravvivrà è una “questione aperta”, ha detto Melinda Soares-Furtado, un astrofisico dell'Università del Wisconsin, Madison. Certo, la Terra potrebbe essere inghiottita dal sole e distrutta. Ma in alcuni scenari, la Terra sfugge e viene spinta ulteriormente all’interno del sistema solare.

Ora, un sistema planetario vicino ha offerto indizi sull’aldilà cosmico del nostro pianeta. A circa 57 anni luce di distanza, quattro pianeti orbitano attorno a una stella simile al sole che ha 10 miliardi di anni, il doppio del sole e già nelle fasi avanzate della sua vita. Stephen Kane, un astrofisico specializzato recentemente in abitabilità planetaria presso l'Università della California, Riverside modellato ciò che potrebbe accadere ai pianeti del vecchio sistema quando la stella diventerà una gigante rossa tra un miliardo di anni. Ha scoperto che la maggior parte dei pianeti interni verrà inghiottita, ma che il pianeta più esterno conosciuto, che ha un’orbita simile a quella di Venere, potrebbe sopravvivere.

L’età avanzata della stella rende più semplice modellare la sua espansione e offre una previsione più accurata del futuro del nostro sistema planetario. "È un documento molto interessante", ha detto Jonathon Zink, un astrofisico del California Institute of Technology. “Se riusciamo a trovare [più] sistemi in varie fasi dell’evoluzione stellare, probabilmente possiamo mettere insieme ciò che [accadrà]”.

Mondi croccanti

Quando un pianeta viene inghiottito, la morte può essere rapida. Nel 2022, Ricardo Yarza, un astrofisico stellare dell'Università della California, Santa Cruz, ha simulato che succede quando una gigante rossa ingoia un pianeta. Ha scoperto che se il pianeta inizia abbastanza vicino alla stella, la sua orbita decade rapidamente. Il gas nell’atmosfera della stella crea una resistenza sul pianeta, e “il pianeta continua a immergersi sempre più in profondità nella stella”, ha detto Yarza. Nel giro di poche centinaia di anni, la maggior parte dei pianeti verrà distrutta.

Fino a poco tempo fa, questi momenti finali della vita di un pianeta condannato “non erano mai stati osservati direttamente”, ha detto Kishalay De, un astronomo del Massachusetts Institute of Technology. Ma nel 2020, il team di De ha visto una stella distante 12,000 anni luce diventare temporaneamente alcune centinaia di volte più luminose. Il lampo era troppo debole per provenire da una fusione con un'altra stella. Ma era proprio la giusta intensità per essere stata prodotta da un pasto di dimensioni planetarie, De e i suoi colleghi segnalati a maggio.

Il team ha ipotizzato che un pianeta alcune volte più massiccio di Giove fosse stato catturato mentre la stella di 10 miliardi di anni iniziava ad espandersi in una gigante rossa. “Questo è il futuro del nostro sistema solare”, ha detto De.

La nostra stella in evoluzione

Quando una stella della sequenza principale come il nostro Sole – chiamata anche stella di tipo G o nana gialla – raggiunge la fine della sua vita, esaurisce l’idrogeno necessario per alimentare la fusione nucleare nel suo nucleo. Quando la stella si rivolge ad altre fonti di combustibile e perde massa, il suo nucleo diventa più caldo e la sua atmosfera si gonfia nel corso di milioni di anni. Alla fine, il nostro sole diventerà più di 200 volte più largo delle sue dimensioni attuali.

Quel sole in espansione consumerà Mercurio e probabilmente Venere, prima di diventare così grande da avvicinarsi all’orbita terrestre, una distanza nota come un’unità astronomica, o UA. Ma potrebbe espandersi ancora di più. "In alcuni modelli", ha detto Antonino Lanza, astronomo dell'Osservatorio Astrofisico di Catania in Italia, "può inghiottire Marte". L’incertezza principale, ha detto, risiede nella quantità di massa che il sole perderà con l’invecchiamento; più perde, più piccolo sarà il suo raggio finale. “Questo è poco conosciuto”, ha detto.

Per ora, le nostre migliori stime suggeriscono che il sole crescerà fino a raggiungere un valore compreso tra 0.85 e 1.5 UA. Ma man mano che la stella perde massa, la debole attrazione della gravità aumenterà l’orbita della Terra, il che significa che il nostro pianeta potrebbe sfuggire all’inghiottimento.

Per vedere il futuro della Terra, gli astronomi si rivolgono a una sfera di cristallo piena di sistemi planetari alieni. Il loro obiettivo è trovare stelle simili al sole che presto si gonfieranno (o si saranno appena gonfiate) fino a diventare giganti rosse.

Ecco perché Rho Coronae Borealis, una stella nana gialla vicina che si pensa stia raggiungendo la fine della sua vita soleggiata, ha attirato l'attenzione di Kane. Tre dei quattro pianeti conosciuti orbitano vicino alla stella, ben all’interno del percorso di Venere attorno al nostro sole. Il pianeta più esterno, con un anno che dura 282 giorni, è simile in orbita a Venere.

L’analisi di Kane, pubblicato il mese scorso, mostra che la stella in crescita inghiottirà i tre pianeti interni. Il più interno di questi mondi, ritenuto roccioso e con una massa quasi quattro volte superiore a quella della Terra, evaporerà entro poche centinaia di anni. “Il plasma surriscalda il pianeta e lo provoca sostanzialmente la rottura”, ha detto Kane. “Anche le rocce in superficie si scioglieranno.” Il prossimo mondo, un gigante gassoso della massa di Giove, è così grande che si muoverà a spirale verso l’interno e verrà fatto a pezzi dalla gravità della stella, invece di evaporare. Anche il terzo pianeta, un mondo più piccolo della massa di Nettuno, verrà probabilmente inghiottito ed evaporerà.

Ma il pianeta più esterno, anche lui della massa di Nettuno, potrebbe sopravvivere. Man mano che la stella si espande, inghiottirà temporaneamente il pianeta per diverse migliaia di anni. Durante questo periodo, le temperature estreme arrostiranno la superficie del pianeta, ma il pianeta stesso dovrebbe sopravvivere perché l’atmosfera della stella non è molto densa a questa distanza. La stella poi si contrarrà e si espanderà ancora una volta, inghiottendo nuovamente il pianeta per diversi millenni. Se il pianeta riuscisse a sopravvivere mentre veniva giocato come il topo di un gatto, potrebbe emergere dall’atmosfera mentre la stella si restringe per l’ultima volta. "Quindi alla fine ha l'opportunità di scappare", ha detto Kane.

Kane, per esempio, è ottimista riguardo alle possibilità del pianeta e a cosa potrebbero significare per il nostro mondo. “Ho il sospetto che la Terra si sposterà verso l’esterno e sopravvivrà”, ha detto.

La grande fuga

Se un pianeta riesce a sfuggire all’inghiottimento, le sue possibilità di avere una vita più lunga sono promettenti. Quando una stella come il nostro Sole si espande in una gigante rossa e perde i suoi strati esterni, alla fine l’unica cosa rimasta è un cadavere stellare denso e incandescente noto come nana bianca. Questi oggetti contengono circa la metà della massa della stella originale, racchiusa in un'area grande quanto la Terra. Dovrebbero continuare a bruciare per trilioni di anni.

Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno trovato a manciata di pianeti extrasolari nane bianche in orbita, ha detto Maria Anna Limbach, uno scienziato specializzato in esopianeti presso l'Università del Michigan. Questi pianeti sono sopravvissuti alla fase di gigante rossa della loro stella, anche se non è chiaro esattamente come. Alcuni dei mondi, che tendono ad essere giganti gassosi più grandi, erano probabilmente troppo lontani dalla loro stella per essere inghiottiti, mentre altri potrebbero essere stati spinti verso l'esterno mentre la stella sbuffava e sbuffava. (Gli astronomi hanno anche visto prove che alcuni pianeti lo fossero non così fortunato nella forma di nane bianche inquinate, che sono ricchi di elementi associati ai pianeti, come magnesio e ferro.) Si prevede che le osservazioni in corso da parte del James Webb Space Telescope (JWST) riveleranno dozzine di altri esopianeti in orbita attorno alle nane bianche.

Per quanto insoliti possano sembrare, questi sistemi planetari potrebbero ancora essere abitabili, ha detto Limbach, che guida alcune delle osservazioni del JWST sulle nane bianche. “C’è un posto intorno a una nana bianca dove puoi ottenere acqua liquida” sulla superficie di un pianeta, ha detto. Ma “è un ambiente molto stimolante”.

Ulteriori osservazioni di sistemi solari evoluti e più modelli come quello di Kane potrebbero fornire informazioni più approfondite sul destino del nostro. Per ora, la morte del nostro pianeta è a un passo dalla certezza. Gli esseri umani potrebbero essere scomparsi da tempo dalla superficie terrestre, ma chiunque guardi nella nostra direzione tra 5 miliardi di anni potrebbe vedere il nostro pianeta superare gli ultimi respiri del nostro sole o, forse, scomparire in un breve lampo di luce.

Quanta sta conducendo una serie di sondaggi per servire meglio il nostro pubblico. Prendi il nostro Sondaggio tra i lettori di fisica e potrai partecipare alla vincita gratuita Quanta merce.