Poco meno di un mese fa, gli scienziati hanno annunciato di avere individuato in K2-18b un esopianeta a 110 anni luce da noi con vapore acqueo nell’atmosfera. Fondamentalmente, il pianeta si trova posto nella “zona abitabile” della sua stella (la regione attorno a una stella che è abbastanza temperata per permettere la presenza di acqua liquida sulla sua superficie).

L’uso di questa definizione è, però, piuttosto controverso. Anche se è abbastanza certo che su K2-18b gli esseri umani non potrebbero vivere, essendo un pianeta sub-nettuniano, sono in corso accese discussioni tra gli esperti sul fatto se sia possibile che una qualche forma di vita microbica estremofila possa esservisi sviluppata.

insomma, K2-18b probabilmente è nella zona abitabile della sua stella ma non si trova un accordo sulla possibilità che sia davvero abitabile.

Questo disaccordo è in parte dovuto al fatto che non c’è un consenso sul tipo di pianeta che è K2-18b, ma anche anche al fatto che ci sono molti modi diversi di definire l’abitabilità. Alcuni scienziati ritengono che una superficie rocciosa sia essenziale. Altri pensano che forme di vita microbiche potrebbero svilupparsi anche in un’atmosfera adatta.

Ovviamente, tutto questo non costituisce una sorpresa: abitabilità è un termine vago e anche un po’ gergale. Se chiedessimo a un centinaio di scienziati di definire ciò che rende abitabile un pianeta, otterremmo cento risposte diverse.

“Gran parte della discussione è stata guidata da ciò che è noto e quale tecnologia ci servirebbe per elaborare modelli al computer di questi pianeti“, afferma Rory Barnes, astronomo e astrobiologo presso il Virtual Planet Laboratory dell’Università di Washington.

In precedenza, i dati forniti dalle osservazioni astronomiche erano estremamente limitati. Ad esempio, nel 2007 gli scienziati scoprirono Gliese 581c, il primo esopianeta roccioso individuato nella zona abitabile. “All’epoca, questi erano i due requisiti di cui le persone avevano bisogno per alzarsi dal letto la mattina e pensare che c’era qualcosa a cui valeva la pena prestare attenzione“, afferma Barnes.

L’acqua è essenziale per la vita come la conosciamo, quindi la sua presenza è stata considerata da sempre il primo requisito per selezionare quali nuovi mondi dovrebbero attirare la nostra attenzione. D’altra parte, non si possono trascurare altre esigenze della vita come la conosciamo, come una fonte di carbonio, una fonte di energia e sostanze nutritive essenziali, come ha spiegato Stephanie Olson, una ricercatrice planetaria dell’Università di Chicago.

Un pianeta privo di queste altre cose è praticamente inabitabile come Plutone. 

Inoltre, un pianeta non deve risiedere nella zona abitabile per essere abitabile. La luna Europa di Giove, e le lune di Saturno, Titano ed Encelado, sono solo alcuni esempi di possibili “mondi oceanici” che suscitano l’interesse degli astrobiologi nonostante siano ben al di fuori della zona abitabile del sole.

Parte del problema è che abbiamo isolato in modo inappropriato queste indagini da altre scienze. “Dico sempre agli astronomi che se vogliono sapere cos’è l’abitabilità, studia la biologia“, afferma Abel Méndez, un astronomo planetario e direttore del Planetary Habitability Laboratory dell’Università di Puerto Rico ad Arecibo. Molti sono preoccupati che gli astronomi stiano applicando in modo inappropriato lezioni di biologia e scienze del clima ai mondi extraterrestri e che questo sia ciò che sta causando così tante controversie.

Al contrario, “esiste il pericolo di essere troppo incentrati sulla Terra“, afferma Barnes. “Comprendiamo come la Terra funzioni davvero bene e potremmo ingannarci nel pensare che certe firme siano automaticamente un segno di vita o neghino la possibilità della vita. La vita potrebbe esistere su Titano o Europa, o forse anche su Venere, ma non siamo pronti a trovarla se si baserà su una chimica diversa da quella derivata dalla nostra esperienza.

Migliorare il nostro approccio significa che abbiamo bisogno di migliorare lo scambio di formazione e dati tra i diversi campi della scienza. Questo ci porta al Virtual Planet Lab, fondato nel 2001 per capire come si forma e si evolve un pianeta abitabile e come possiamo effettivamente osservare quel processo su un vero esopianeta. La formazione del lab, che comprende scienziati del clima, ricercatori dell’atmosfera, informatici, biologi, geofisici e astronomi, riflette l’approccio multidisciplinare che la scienza planetaria dovrebbe perseguire.

Il laboratorio ha recentemente presentato VPLanet, un software aperto che simula l’evoluzione di un pianeta per miliardi di anni, principalmente (anche se non esclusivamente) per valutare se quel pianeta è, o una volta era, potenzialmente abitabile e possa supportare l’acqua liquida sulla sua superficie.

I modelli di VPLanet tengono conto di una serie di diverse dinamiche, tra cui processi interni e geologici, l’evoluzione del campo magnetico, clima, fuga atmosferica, effetti di rotazione, forze di marea, orbite, formazione ed evoluzione delle stelle, condizioni insolite come i sistemi di stelle binarie e perturbazioni gravitazionali da corpi di passaggio. Altri ricercatori possono programmare nuovi moduli che simulano altri processi fisici e collegarli al software.

Uno strumento come VPLanet ha lo scopo di aiutare ad individuare quali pianeti delle zone abitabili (e altri buoni candidati) vale la pena di studiare in profondità con gli strumenti esistenti e quelli nuovi che presto saranno attivi. Ma i suoi tentativi di caratterizzare la storia di un pianeta potrebbero anche spingerci a guardare alcuni esopianeti che normalmente non considereremmo. Tendiamo a pensare alla storia della Terra come ua qualcosa di unico e particolare, ma Barnes ha suggerito che potrebbe effettivamente essere un’esperienza abbastanza comune per molti altri esopianeti che stiamo identificando ora.

“I pianeti in orbita attorno a stelle a bassa massa, come Proxima b, hanno probabilmente subito una notevole evoluzione“, afferma Barnes. La luminosità delle loro stelle ospiti è diminuita molto rapidamente, inoltre sono stelle che emettono più radiazioni di fascia alta dannose per le atmosfere planetarie e inducono più effetti di marea sui pianeti in orbita. queste sono solo alcune delle cose che potrebbero indurci a scartare un pianeta come potenzialmente adatto alla vita.

Altri modelli possono aiutarci a riconoscere diversi tipi di dinamiche che potrebbero promuovere o ostacolare la vita. Alcuni hanno rivisto i limiti della zona abitabile sulla base di una scienza climatica più approfondita. Recentemente Olson è stato coautore di un documento che ha esaminato quale tipo di dinamiche oceaniche potrebbe essere fondamentale per sostenere un ciclo nutrizionale favorevole alla vita. La semplice presenza di un oceano, sostiene, non stabilisce se un nuovo mondo sia abitabile o meno. Senza, ad esempio, abbastanza forza di rotazione o un’atmosfera densa, un oceano non sarebbe significativo per avere maggiori prospettive di abitabilità.

“Alla fine abbiamo bisogno di migliorare la rappresentazione della biologia nei nostri modelli“, afferma Olson. “I biologi hanno i loro modelli, gli scienziati del clima hanno i loro giocattoli, e poi ci sono gli astronomi. Dobbiamo trovare il modo di accoppiare i dati“.

Ma i modelli sono solo una parte dell’equazione. Dobbiamo anche ottenere osservazioni migliori di questi mondi. Vogliamo vedere se un pianeta ha un’atmosfera densa composta dai tipi di elementi importanti per la vita. Vogliamo cercare la presenza di biosignature come il metano che sono prodotte da processi biologici. Strumenti come i telescopi spaziali Hubble e Kepler della NASA hanno avuto un impatto enorme, ma le loro capacità sono già al limite (Kepler è stato ritirato l’anno scorso e Hubble è ormai al massimo delle sue possibilità).

Il successore di Hubble, il James Webb Space Telescope, ci aiuterà a spingere la nostra comprensione di questi esopianeti a nuovi livelli. La sua ottica impareggiabile e la capacità di fare osservazioni senza pari agli infrarossi significa che dovrebbe essere in grado di caratterizzare le atmosfere di esopianeti distanti con poca difficoltà. Il telescopio spaziale ARIEL dell’ESA, previsto per il lancio nel 2029, è specificamente progettato per osservare le strutture chimiche e termiche delle atmosfere degli esopianeti.

Méndez pensa anche che sia saggio essere aperti al rilevamento di tecnosignature quando pensiamo all’abitabilità, forse sotto forma di emissioni radio, luci o prodotti chimici della produzione industriale. “Esistono altri modi per guardare un sistema e vedere alcune indicazioni della vita“, afferma.

Ma il fatto è che “l’unico vero modo per capire se un posto è abitabile non è misurare queste diverse variabili: è trovare la vita“, sostiene Méndez. “In biologia, questa è la risposta finale. Non c’è altro modo di farlo”.

Insomma, per ora tutto quello che capiamo e sappiamo è solo un’approssimazione, una valutazione della potenziale abitabilità. Quindi, inevitabilmente, le discussioni continueranno.

Tutti noi viaggiamo nel tempo, in qualsiasi momento e qualunque cosa stiamo facendo.

Ovviamente si tratta del viaggio inevitabile verso il futuro ma la domanda che molti si pongono è se sia possibile tornare nel passato.

Per quanto ne sappiamo, non esiste alcun meccanismo conosciuto che consenta di trasmettere fisicamente materia o informazioni dal presente al passato. Il viaggio nel tempo richiede di andare più veloce della velocità della luce, un’impresa al di fuori della nostra portata. Quindi è altamente improbabile che il viaggio verso qualsiasi punto nello spazio-tempo possa effettivamente essere realizzabile nel futuro prossimo o remoto.

Detto questo, sembrerebbe che il caso sia chiuso ma ci sono due ragioni per cui è importante parlare di viaggi nel tempo. La prima è che il viaggio nel tempo ci affascina e praticamente chiunque vorrebbe avere l’occasione di tornare indietro e cambiare qualcosa. La seconda è che è particolarmente interessante sfidare una delle più grandi incognite della fisica: il tempo.

Perché il tempo scorre in un’unica direzione? Non lo sappiamo.

Deve sempre andare avanti? Forse, ma non ne siamo veramente sicuri.

Il tempo è continuo o quantizzato? È costituito da unità piccole e limitate? Non lo sappiamo.

Grande è la nostra ignoranza rispetto al tempo.

La relatività ci dà (qualche) speranza di poter tornare al passato?

Questa ignoranza ha conseguenze sulle nostre teorie. Una volta formulate le teorie, ai ricercatori piace giocare con loro e spingerle al limite, possibilmente superare questo limite. I buchi neri e il Big Bang erano una volta semplici idee, al fuori dalla relatività generale.

Potrebbe succedere lo stesso per i viaggi nel tempo? È improbabile, ma nell’interesse della correttezza esistono soluzioni speciali che consentono la creazione di regioni in cui è possibile ingannare la fisica e andare più veloci della luce.

Si può cominciare pensando ad una soluzione che permetta di descrivere il tempo come una curva chiusa: in questo modo sarebbe possibile viaggiare nel tempo semplicemente perché il tempo è un ciclo che si ripete. Pensiamo al film “Ricomincio da capo” in cui il protagonista, un meteorologo inviato come reporter al Giorno della marmotta, si trova intrappolato in un loop temporale che lo costringe a rivivere continuamente la stessa giornata…

Insomma, si potrebbe vedere il tempo come un Groundhog Day ma con più matematica.

Una soluzione alternativa potrebbe essere quella di creare un wormhole, un ponte tra due punti distinti e distanti nello spazio e nel tempo. L’unico problema è che entrambe le ipotesi richiedono condizioni che, almeno per ora, non abbiamo visto nell’universo conosciuto.

Un’altra soluzione è un po’ più forte. Potresti tecnicamente muoverti più veloce della luce comprimendo letteralmente lo spazio-tempo in modo tale da coprire enormi distanze in brevi intervalli di tempo. Questo è il principio alla base del motore di Alcubierre uno speculativo motore a curvatura con cui un veicolo spaziale potrebbe la velocità della luce comprimendo lo spazio davanti a sé e dilatandolo alle proprie spalle.

Se questo non è abbastanza folle, un’altra soluzione che potrebbe consentire il viaggio nel tempo richiede un cilindro infinitamente lungo che ruota su sé stesso. Mentre gira, il cilindro torcerebbe lo spazio-tempo attorno al proprio asse e ciò consentirebbe a un’ipotetica macchina del tempo di spostarsi indietro o avanti nel tempo seguendo percorsi specifici intorno all’oggetto. L’unica condizione richiesta è che il cilindro rotante abbia una lunghezza infinita, cosa realisticamente impossibile.

Cosa ci dice la meccanica quantistica

Sotto molti aspetti, la relatività non lavora bene con la meccanica quantistica e il tempo è proprio uno di questi. Quasi tutti i tentativi di creare una macchina del tempo quantistica finiscono sempre per violare alcuni principi chiave della teoria della relatività.

Alcuni ricercatori sono stati in grado di risolvere uno dei problemi del tempo, il cosiddetto paradosso del nonno. Come è noto si tratta una storia secondo la quale si viaggia nel tempo con lo scopo di uccidere il proprio nonno, cosa che impedirebbe al protagonista di esistere e quindi di viaggiare nel tempo per uccidere il nonno. In sostanza, con il viaggio nel tempo non dovrebbe essere possibile poter cambiare gli eventi. La soluzione proposta dalla meccanica quantistica è quella di inviare un quanto di informazioni (qubit) indietro nel tempo, ma non nel proprio vero passato bensì in un universo parallelo, creando un sistema quantistico complesso, in cui il qubit esiste e non esiste.

Ma nel mondo dei quanti è stata scoperta una regola che suggerisce che il viaggio nel tempo è davvero impossibile. I ricercatori hanno scoperto nuclei a forma di pera che violano alcune leggi piuttosto solide della fisica fondamentale. Queste leggi si aspettano che la fisica delle particelle sia simmetrica in determinate trasformazioni. Ad esempio, se si modifica l’aspetto del sistema in uno specchio speciale che inverte tutte le direzioni, la fisica delle particelle dovrebbe comunque comportarsi allo stesso modo, rispettando la cosiddetta simmetria di parità. La stessa cosa accade guardando indietro o avanti nel tempo, per via della simmetria temporale. Lo stesso accadrebbe sostituendo la materia con l’antimateria, a causa della simmetria della carica.

Ma capovolgendo i nuclei a forma di pera, questi non sembreranno più uguali e, al tuo sguardo, avranno un aspetto diverso a seconda che li guardi da davanti o da dietro oppure da sinistra o da destra. Questa è una violazione della simmetria.

Solitamente tali violazioni vengono risolte combinando insieme i due aspetti grazie alla simmetria Charge-Parity ma questo è uno dei pochi esempi in cui il CP viene violato. Ciò implica che anche la simmetria temporale viene violata combinando il CPT. Questa violazione può essere risolta solo se il tempo ha una direzione molto specifica.

 Tutto sommato, il viaggio nel tempo sembra un affare piuttosto complicato, pieno di incognite e parecchio disordinato. Non possiamo provare oltre ogni dubbio che è impossibile, ma non è che abbiamo molte prove che ne suggeriscono la fattibilità.

Ovviamente, non capendo bene il tempo stesso, ci mancano ancora molti pezzi di questo complicato puzzle.

Questo non significa che la ricerca sui viaggi nel tempo sia sprecata, cercando di comprendere meglio tutti gli aspetti del Tempo potremo effettivamente arrivare a capire meglio le teorie correnti.

Il Sole diventerà un buco nero? No, è troppo piccolo.

Il Sole dovrebbe essere circa 20 volte più massiccio per porre fine alla sua vita trasformandosi un buco nero. Le stelle di quelle dimensioni o più grandi, alla fine possono esplodere in una supernova prima di collassare in un buco nero, un oggetto con un’attrazione gravitazionale così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggirgli.

Alcune stelle più piccole riescono diventare delle supernovae, ma restano troppo piccole per diventare buchi neri: finiscono per collassare in strutture super-dense chiamate stelle di neutroni dopo essere esplose in un supernova.

Ma il Sole non è abbastanza grande per questo destino: ha solo circa un decimo della massa necessaria per diventare una stella di neutroni.

Quindi, cosa accadrà al Sole?

Tra circa 6 miliardi di anni finirà per diventare una nana bianca, un residuo piccolo e denso di ciò che era, che brillerà per il calore residuo. Il processo inizierà tra circa 5 miliardi di anni, quando il sole inizierà ad esaurire il suo carburante.

Come la maggior parte delle stelle, durante la fase principale della sua vita, il Sole genera energia fondendo atomi di idrogeno nel suo nucleo. Tra circa 5 miliardi di anni, il Sole sarà prossimo all’esaurimento dell’idrogeno nel suo nucleo e inizierà a collassare.

A questo punto, il Sole comincerà a fondere elementi più pesanti, presi dal guscio esterno del nucleo, insieme alla fusione dell’idrogeno in un guscio avvolto attorno al nucleo. Quando ciò accadrà, la temperatura della nostra stella aumenterà e gli strati esterni dell’atmosfera del Sole si espanderanno così tanto nello spazio da inghiottire la Terra.

Per quel momento, la Terra sarà già inabitabile da tempo e il Sole vivrà una fase da Gigante rossa. Durerà in questo stato circa un miliardo di anni e, alla fine, il Sole collasserà in una Nana bianca.

Con il tempo, quello che un tempo era stato il Sole, si raffredderà progressivamente, trasformandosi un un grande sasso scuro e freddo.

E questo è il destino che colpirà la nostra stella.