La prima volta che troveremo prove di vita su un pianeta in orbita attorno a un’altra stella (un esopianeta), sarà probabilmente analizzando i gas nella sua atmosfera. Con l’aumento del numero di pianeti simili alla Terra conosciuti, potremmo presto scoprire i gas che associamo alla vita sulla Terra nell’atmosfera di un esopianeta.
Un’atmosfera di idrogeno
Ma se una forma di vita aliena fosse basata su una chimica un po’ diversa dalla nostra? Uno studio pubblicato su Nature Astronomy, sostiene che le nostre migliori possibilità di utilizzare le atmosfere per trovare prove di vita extraterrestre sono nell’ampliare la nostra ricerca, evitando di concentrarci esclusivamente sulla ricerca della vita come la conosciamo, includendo nelle nostre analisi anche esopianeti con un’atmosfera di idrogeno.
Possiamo sondare l’atmosfera di un esopianeta quando passa davanti alla sua stella. Quando questo transito si verifica, la luce che vediamo giungere dalla stella madre ha attraversato l’atmosfera del pianeta e parte di essa viene così assorbita. Osservare lo spettro della stella – la sua luce scomposta in base alla sua lunghezza d’onda – e capire quale luce manca a causa del transito rivela di quali gas è composta l’atmosfera. Documentare le atmosfere degli esopianeti è uno degli obiettivi del James Webb Space Telescope.
Se dovessimo trovare un’atmosfera che ha una miscela chimica diversa da quella che ci aspetteremmo, una delle spiegazioni più semplici sarebbe che sia mantenuta in questo modo da processi biologici. Questo è il caso sulla Terra. L’atmosfera del nostro pianeta contiene metano (CH₄), che reagisce naturalmente con l’ossigeno per produrre anidride carbonica. Ma il metano viene continuamente reimmesso in atmosfera da processi biologici.
Un altro modo di vedere questo è essere consapevoli che l’atmosfera della Terra non conterrebbe quasi ossigeno se non fosse stato liberato dall’anidride carbonica da batteri fotosintetici durante il cosiddetto grande evento di ossigenazione che iniziò circa 2,4 miliardi di anni fa.
Oltre le atmosfere con ossigeno
Gli autori del nuovo studio sostengono che dovremmo iniziare a indagare su mondi più grandi della Terra le cui atmosfere sono dominate dall’idrogeno. Questi potrebbero non avere ossigeno libero, perché l’idrogeno e l’ossigeno formano una miscela altamente infiammabile.
L’idrogeno è la più leggera di tutte le molecole e fugge facilmente nello spazio. Affinché un pianeta roccioso abbia una gravità abbastanza forte mantenere un’atmosfera di idrogeno, deve essere una “super-Terra” con una massa compresa tra circa due e dieci volte quella del nostro pianeta. L’idrogeno potrebbe essere stato catturato direttamente dalla nube di gas in cui è cresciuto il pianeta o essere stato rilasciato in seguito da una reazione chimica tra ferro e acqua.
La densità di un’atmosfera dominata dall’idrogeno diminuisce circa 14 volte meno rapidamente man mano che si sale in alto rispetto a un’atmosfera dominata dall’azoto come quella terrestre. Questo crea un inviluppo dell’atmosfera che circonda il pianeta 14 volte più grande, rendendolo facile da individuare nei dati spettroscopici. Le dimensioni maggiori aumenterebbero anche le nostre possibilità di osservare una tale atmosfera attraverso l’imaging diretto con un telescopio ottico.
Respirazione idrogeno in laboratorio
Gli autori hanno condotto esperimenti di laboratorio in cui hanno dimostrato che il batterio E. coli può sopravvivere e moltiplicarsi in un’atmosfera di idrogeno in totale assenza di ossigeno. Lo stesso è stato dimostrato per una varietà di lievito.
Sebbene questo sia interessante, non aggiunge molto peso all’argomento che la vita potrebbe prosperare in un’atmosfera di idrogeno. Conosciamo già molti batteri che sopravvivono metabolizzando l’idrogeno e c’è persino un organismo multicellulare che trascorre tutta la sua vita in una zona priva di ossigeno sul fondo del Mediterraneo.
È improbabile che l’atmosfera terrestre, che è iniziata senza ossigeno, abbia mai avuto più dell’1% di idrogeno. Ma le primissime forme viventi, appena apparse sul nostro pianeta, potrebbero aver avuto un metabolismo che faceva reagire l’idrogeno con il carbonio per formare metano, piuttosto che facendo reagire l’ossigeno con il carbonio per formare anidride carbonica, come fa la vita oggi sulla Terra.
Gas di biofirma
Lo studio ha fatto una scoperta importante. I ricercatori hanno dimostrato che esiste una “diversità sorprendente” di dozzine di gas prodotti da ceppi di E. coli che vivono in un’atmosfera di l’idrogeno. Molti di questi, come il dimetilsolfuro, il solfuro di carbonile e l’isoprene, potrebbero essere “biofirme” rilevabili in un’atmosfera di idrogeno. Questa consapevolezza può aumentare le nostre possibilità di riconoscere le firme della vita su un esopianeta.
Detto questo, i processi metabolici che utilizzano l’idrogeno sono meno efficienti di quelli che utilizzano l’ossigeno. Gli autori del nuovo studio sottolineano inoltre che l’idrogeno molecolare in concentrazione sufficiente può agire da gas serra. Ciò potrebbe mantenere la superficie di un pianeta abbastanza calda per l’acqua liquida, e quindi la vita in superficie, più lontana dalla sua stella di quanto non sarebbe altrimenti.
Gli autori evitano di considerare le possibilità di trovare la vita in pianeti gassosi giganti come Giove. Anche così, espandendo il pool di mondi abitabili per includere super-Terre con atmosfere ricche di idrogeno, hanno potenzialmente raddoppiato il numero di esopianeti che potremmo sondare per trovare i primi segni di vita extraterrestre.
