I migliori quartieri per iniziare una vita nella galassia | Rivista Quanti

Per ospitare la vita, almeno come la conosciamo, un pianeta deve orbitare attorno a una stella che sia relativamente calma e stabile. Anche l'orbita del pianeta deve essere quasi circolare, quindi il pianeta sperimenta un calore simile durante tutto l'anno. E non deve essere troppo caldo, affinché l'acqua superficiale non trabocchi; non troppo freddo, per evitare che l'acqua rimanga chiusa nel ghiaccio; ma giusto, affinché fiumi e mari rimangano liquidi.

Queste caratteristiche definiscono una “zona abitabile” attorno alle stelle: luoghi allettanti da prendere di mira nella ricerca di esopianeti favorevoli alla vita. Ma gli scienziati stanno sottoponendo sempre più l’intera galassia a un esame simile. Allo stesso modo in cui i continenti con biosfere distinte ospitano flora e fauna distinte, diverse regioni della galassia potrebbero ospitare diverse popolazioni di stelle e pianeti. La storia turbolenta della Via Lattea significa che non tutti gli angoli della galassia sono uguali e che solo alcune regioni galattiche potrebbero essere perfette per creare pianeti che pensiamo possano essere abitati.

Mentre gli scienziati degli esopianeti stanno mettendo a punto le loro idee su dove cercare la vita aliena, stanno ora considerando l’origine di una stella e dei suoi dintorni, ha detto Jesper Nielsen, un astronomo dell'Università di Copenaghen. Nuove simulazioni, insieme alle osservazioni dei satelliti che vanno a caccia di pianeti e monitorano milioni di stelle, stanno dipingendo un quadro di come i diversi quartieri galattici – e forse anche le diverse galassie – formano i pianeti in modo diverso.

"Questo, a sua volta, può aiutarci a capire meglio dove puntare i nostri telescopi", ha detto Nielsen.

Geografia galattica

Oggi, la Via Lattea ha una struttura complicata. Il suo buco nero supermassiccio centrale è circondato dal “rigonfiamento”, una spessa massa di stelle che contiene alcuni dei cittadini più anziani della galassia. Il rigonfiamento è racchiuso dal “disco sottile”, la struttura che puoi vedere serpeggia sopra la tua testa in una notte limpida e buia. La maggior parte delle stelle, compreso il Sole, si trovano nei bracci spiraliformi del disco sottile, che sono abbracciati da un “disco spesso” più ampio contenente stelle più vecchie. E un alone diffuso, per lo più sferico, di materia oscura, gas caldo e alcune stelle avvolge l’intera architettura.

Per almeno due decenni, gli scienziati si sono chiesti se le condizioni abitabili variano tra quelle strutture. Il primo studio sull’abitabilità galattica risale al 2004, quando gli scienziati australiani Charles Lineweaver, Yeshe Fenner e Brad Gibson modellato la storia della Via Lattea e lo usò per studiare dove si potevano trovare zone abitabili. Volevano sapere quali stelle ospiti avessero abbastanza elementi pesanti (come carbonio e ferro) per formare pianeti rocciosi, quali stelle fossero esistite abbastanza a lungo da consentire l’evoluzione della vita complessa e quali stelle (e eventuali pianeti orbitanti) fossero al sicuro dalle supernove vicine. Alla fine hanno definito una “zona abitabile galattica”, una regione a forma di ciambella con il buco centrato al centro della galassia. Il confine interno della regione inizia a circa 22,000 anni luce dal centro galattico, mentre il suo confine esterno termina a circa 29,000 anni luce di distanza.

Nei due decenni successivi, gli astronomi hanno cercato di definire con maggiore precisione le variabili che controllano l’evoluzione sia stellare che planetaria all’interno della galassia, ha affermato Kevin Schlaufmann, un astronomo della Johns Hopkins University. Ad esempio, ha detto, i pianeti nascono in dischi polverosi che circondano le stelle appena nate e, in parole povere, se “un disco protoplanetario ha molto materiale che può formare rocce, allora creerà più pianeti”.

Alcune regioni della galassia potrebbero essere più densamente disseminate di questi ingredienti che creano pianeti rispetto ad altre, e gli scienziati stanno ora lavorando per capire quanto i quartieri galattici influenzano i pianeti che ospitano.

Ecco gli esopianeti

Tra i circa 4,000 esopianeti conosciuti, finora ci sono poche regole che stabiliscono quali tipi di pianeti vivono e dove; nessun sistema stellare somigliano molto ai nostri, e la maggior parte di loro nemmeno assomigliano molto tra loro.

Nielsen e i suoi colleghi volevano sapere se i pianeti potessero formarsi diversamente nel disco spesso, nel disco sottile e nell'alone della Via Lattea. In generale, le stelle a disco sottile contengono più elementi pesanti rispetto alle stelle a disco spesso, il che significa che sono cresciute da nubi che potrebbero contenere anche più ingredienti per la creazione di pianeti. Utilizzando i dati del satellite Gaia dell'Agenzia spaziale europea, Nielsen e i suoi colleghi hanno prima separato le stelle in base alla loro abbondanza di determinati elementi. Quindi hanno simulato la formazione dei pianeti tra quelle popolazioni.

Le loro simulazioni, pubblicato in ottobre, ha mostrato che i pianeti giganti gassosi e le super-Terre – il tipo più comune di esopianeta – sono cresciuti in modo più abbondante nel disco sottile, probabilmente perché (come previsto) quelle stelle hanno più materiale da costruzione con cui lavorare. Hanno anche scoperto che le stelle più giovani con elementi più pesanti tendevano a ospitare più pianeti in generale, e che i pianeti giganti erano più comuni di quelli più piccoli. Al contrario, i giganti gassosi erano quasi inesistenti nel disco spesso e nell’alone.

Schlaufman, che non è stato coinvolto nel lavoro, ha affermato che i risultati hanno senso. La composizione della polvere e del gas da cui nascono le stelle è fondamentale per determinare se le stelle costruiranno pianeti. E sebbene tale composizione possa variare a seconda del luogo, ha sostenuto che, sebbene il luogo possa preparare il terreno per la costruzione del mondo di una stella, potrebbe non determinare il risultato finale.

Le simulazioni di Nielsen sono teoriche, ma alcune osservazioni recenti supportano le sue scoperte.

A giugno, uno studio che utilizzava i dati del telescopio spaziale Kepler della NASA ha scoperto che le stelle nel disco sottile della Via Lattea hanno più pianeti, in particolare le super-Terre e i mondi di dimensioni inferiori a Nettuno, rispetto alle stelle nel disco spesso. Una spiegazione, ha detto Jessie Christiansen, scienziato specializzato in esopianeti presso il California Institute of Technology e coautore dello studio, è che le vecchie stelle dal disco spesso potrebbero essere nate quando gli ingredienti per creare pianeti erano scarsi, prima che generazioni di stelle morenti seminassero il cosmo con la costruzione blocchi di mondi. O forse le stelle dal disco spesso sono nate in ambienti densi e ad alta radiazione dove la turbolenza impedisce del tutto la formazione dei piccoli pianeti.

I pianeti potrebbero trovarsi meglio in aree aperte, come le periferie, invece che in aree “urbane” densamente popolate, ha detto Christiansen. Il nostro sole si trova in una di queste zone suburbane scarsamente popolate.

Altre terre

Le indagini di Christiansen e le simulazioni di Nielsen sono tra le prime a studiare la presenza dei pianeti in funzione del vicinato galattico; Vedante Chandra, un astronomo dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrofisica, si sta preparando a fare un ulteriore passo avanti e studiare se la formazione dei pianeti potrebbe essere stata diversa in alcune delle galassie che la Via Lattea ha consumato durante la sua crescita. In futuro, Nielsen spera che indagini e strumenti perfezionati come il prossimo telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA ci aiuteranno a comprendere la formazione dei pianeti nello stesso modo in cui i demografi capiscono le popolazioni. Possiamo prevedere quali tipi di stelle ospiteranno quali tipi di pianeti? È più probabile che la Terra si formi in determinati quartieri? E se sappiamo dove guardare, troveremo qualcosa che ci guarda?

Sappiamo di vivere in una zona abitabile, in un mondo che orbita attorno a una stella tranquilla. Ma come è iniziata la vita sulla Terra, quando e perché è la domanda più grande in ogni campo della scienza. Forse gli scienziati dovrebbero anche pensare alla storia delle origini della nostra stella, e anche a quella degli antenati stellari che hanno plasmato il nostro angolo della Via Lattea, miliardi di anni fa.

“La vita sulla Terra era inevitabile? Era speciale?" chiese Chandra. “Solo una volta che inizi ad avere questo quadro globale… puoi iniziare a rispondere a domande del genere”.