Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, gli astronomi hanno scoperto acqua e molecole organiche in un disco di formazione planetaria attorno a una giovane stella in un ambiente estremo, rivelando che pianeti simili alla Terra potrebbero formarsi anche in condizioni difficili.

Le nuove osservazioni del telescopio Webb

Pianeti come la nostra Terra, compresi i pianeti con acqua, potrebbero formarsi anche negli ambienti di formazione stellare più difficili conosciuti, inondati dalla forte luce UV delle stelle massicce. Questo è il risultato principale delle analisi di nuove osservazioni di un simile ambiente con il James Webb Space Telescope (JWST).

Le osservazioni sono state le prime nel loro genere: prima del telescopio Webb questo tipo di osservazione dettagliata non era stato possibile. Questa è una buona notizia per i pianeti simili alla Terra e per la vita nell’universo: esiste una grande varietà di ambienti in cui tali pianeti possono formarsi. I risultati sono stati pubblicati sull’Astrophysical Journal Letters.

Molecole contenenti acqua e carbonio sono state scoperte da Webb in un disco di gas e polvere che circonda una giovane stella, che si trova in uno degli ambienti più estremi della nostra Galassia. Tali dischi sono i luoghi in cui si formano i pianeti attorno alle stelle nascenti. Un team di astronomi guidato da María C. Ramírez-Tannus dell’Istituto Max Planck di Astronomia (MPIA), ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb per scrutare la regione interna del disco, dove sono attesi pianeti simili alla nostra Terra. 

Il disco, che gli astronomi hanno chiamato XUE-1, è esposto all’intensa radiazione ultravioletta delle vicine stelle calde e massicce. Eppure, anche in questo ambiente ostile, le osservazioni hanno rilevato sia acqua che semplici molecole organiche.

Il telescopio Webb e la caccia ai dischi protoplanetari

Ramírez-Tannus ha dichiarato: “Questo risultato è inaspettato ed emozionante. Dimostra che esistono condizioni favorevoli per formare pianeti simili alla Terra e gli ingredienti per la vita anche negli ambienti più difficili della nostra Galassia”.

Le nuove osservazioni di Web sono le prime nel loro genere. Precedenti studi dettagliati dei dischi di formazione planetaria erano stati limitati alle vicine regioni che non contenevano stelle massicce. Le regioni di formazione stellare massiccia sono completamente diverse: lì si formano numerose stelle più o meno nello stesso momento, comprese alcune delle rare, ma estremamente potenti e massicce.

Durante l’“età dell’oro” della formazione stellare nell’universo, circa 10 miliardi di anni fa, la maggior parte della formazione stellare avveniva in ammassi così massicci. Nel complesso, più della metà di tutte le stelle del nostro universo – incluso il nostro Sole – sono nate in massicce regioni simili, insieme ai loro pianeti. Eppure non si sapeva nulla sugli effetti di ambienti così ostili sulle regioni interne dei dischi, dove si prevede la formazione dei pianeti terrestri.

Le stelle massicce sono necessariamente molto luminose ed emettono grandi quantità di radiazioni UV ad alta energia. La loro presenza provoca notevoli disagi nelle loro vicinanze. Se tale interruzione avrebbe regolarmente interferito con la formazione di pianeti come la Terra attorno a stelle simili al Sole è una questione aperta– il che avrebbe relegato i pianeti simili ai margini in ammassi così massicci, non impossibili da formare, ma molto rari.

La radiazione UV delle stelle massicce disperde il gas nelle porzioni esterne del disco, il che inibisce la crescita e la deriva verso l’interno delle particelle di polvere che sono gli elementi costitutivi dei pianeti simili alla Terra (e anche dei nuclei di pianeti giganti come Giove o Saturno). 

Finora le osservazioni non hanno aiutato a rispondere a questa domanda. Nell’universo attuale, le regioni massicce di formazione stellare sono rare, e anche quelle più vicine sono lontane. Fino a poco tempo fa non è stato possibile osservare in dettaglio i piccoli dischi attorno a stelle simili al Sole. I pochi dischi di formazione planetaria, che erano abbastanza vicini da poter essere osservati in dettaglio, si trovano tutti in ambienti tranquilli, senza l’intensa radiazione UV delle stelle massicce, e quindi inutili per rispondere alla domanda.

Sondaggio dei dischi interni con il telescopio Webb

Con l’avvento del telescopio spaziale James Webb (JWST), l’astronomia ha compiuto un balzo in avanti, offrendoci una visione senza precedenti dell’universo.

Un team di ricercatori, guidato da Ramírez-Tannus e in collaborazione con il progetto XUE (eXtreme UV Environments), ha ottenuto l’accesso al JWST per osservare NGC 6357, una regione di formazione stellare situata a circa 5500 anni luce dalla Terra.

Arjan Bik dell’Università di Stoccolma, il co-PI (co-investigatore principale) della collaborazione XUE e il secondo autore dell’articolo, ha affermato: “Se un’intensa radiazione ostacola le condizioni per la formazione dei pianeti nelle regioni interne dei dischi protoplanetari, NGC 6357 è dove dovremmo vedere l’effetto”.

Le osservazioni effettuate dagli astronomi hanno registrato spettri: decomposizioni di luce simili ad arcobaleno che consentono di stimare la presenza di molecole specifiche nella regione osservata. Con loro sorpresa, Ramírez-Tannus e i suoi colleghi hanno scoperto che, per quanto riguarda la presenza (e le proprietà) di molecole chiave, almeno uno dei dischi interni di NGC 6357, vale a dire XUE-1, non è fondamentalmente diverso dalle sue controparti nelle regioni di formazione stellare di piccola massa.

Ramírez-Tannus ha spiegato: “Abbiamo trovato abbondanza di acqua, monossido di carbonio, anidride carbonica, acido cianidrico e acetilene nelle regioni più interne di XUE-1. Questo ha fornito preziosi indizi sulla probabile composizione dell’atmosfera iniziale dei pianeti terrestri risultanti”.

I ricercatori hanno anche trovato polvere di silicato in quantità simili a quelle presenti nelle regioni di formazione stellare di piccola massa. Questa è la prima volta che tali molecole vengono rilevate in condizioni estreme come queste.

Le osservazioni effettuate sono una buona notizia per i pianeti simili alla Terra e per la vita nell’universo: a quanto pare, le regioni interne dei dischi protoplanetari attorno a stelle simili al Sole situate in alcuni degli ambienti più difficili per la formazione stellare sono altrettanto capaci di formare pianeti simili alla Terra. Forniscono anche acqua in abbondanza, un ingrediente necessario per la vita come la conosciamo. Se questo si traduca o meno in un numero significativamente elevato di pianeti simili a quello terrestre nati in tali ambienti non è qualcosa che i ricercatori possono dire osservando un singolo disco.

La collaborazione XUE sta portando le proprie osservazioni oltre: con un’indagine del telescopio Webb di 14 dischi aggiuntivi in ​​diverse parti di NGC 6357 che dovrebbe risolvere questa importante questione.

Intelligenza umana, credenze e concetti preesistenti sono elementi che hanno giocato un ruolo importante nello sviluppo delle teorie scientifiche e hanno indotto grandi scienziati a commettere degli errori, una regola cui non è sfuggito nemmeno il più grande di tutti: Albert Einstein.

La ricerca scientifica si basa sulla relazione tra la realtà della natura, così come essa è osservata, e una rappresentazione di questa realtà, che viene formulata da una teoria utilizzando un linguaggio matematico.

Affinché una teoria possa ritenersi valida, è necessario che vi siano delle prove sperimentali valide e che sia possibile riprodurre tali prove in contesti diversi.

Attraverso questo approccio, utilizzato per circa 4 secoli, è stato costruito il corpo della conoscenza che oggi abbiamo della natura. I risultati raggiunti sono il frutto dell’intelligenza dell’uomo, e soprattutto dei suoi concetti e credenze preesistenti, che possono influenzare il progresso della scienza.

La rivoluzione della relatività generale di Einstein

Nel suo lavoro sulla relatività generale, Einstein ha scritto l’equazione che descrive l’evoluzione dell’universo nel tempo. La soluzione di questa equazione dimostra che l’universo è instabile, che non è un’enorme sfera con un volume costante e con stelle che le girano intorno, così come abbiamo creduto per diverso tempo.

Fino all’inizio del XX secolo, la gente viveva con l’idea, ben radicata, di un universo statico, dove le stelle erano considerate fisse, immutabili. Si tratta, probabilmente, di un retaggio culturale di origine aristotelica, che considera il cielo immutabile, diversamente dalla Terra, a cui sono associate caratteristiche di mutevolezza.

Questa interpretazione della natura ha impedito, nel mondo occidentale, di registrare un evento astronomico rilevante, quale la produzione di luce da parte di una supernova, rilevato invece dai cinesi intorno al 1054.

Trattandosi di un fenomeno legato alla mutabilità di una stella, lo stesso non poteva essere accettato dal pensiero dominante in Europa, in quanto avrebbe contraddetto palesemente l’idea del cielo immutabile. Tecnicamente, una supernova rappresenta un evento molto raro, che può essere osservato a occhio nudo una volta in un secolo. il caso più recente risale al 1987. Per questo motivo Aristotele aveva quasi ragione nel pensare che il cielo fosse invariabile – almeno sulla scala della vita umana.

E proprio per soddisfare la linea di pensiero di un universo statico, Einstein introdusse nelle sue equazioni una costante cosmologica, che congelava lo stato dell’universo. La sua intuizione però lo ha condotto fuori strada: nel 1929, quando Hubble dimostrò che l’universo era in espansione, Einstein ammise di aver commesso “il suo più grande errore”.

Nello stesso periodo in cui Einstein elaborava la sua teoria sulla relatività, si sviluppavano i primi principi della meccanica quantistica, che descrive i fenomeni fisici su scala infinitamente piccola.

Lo stesso Einstein ha fornito un importante contributo all’evolversi della meccanica quantistica, scoprendo che la luce, tradizionalmente descritta come un’onda, può comportarsi anche come aggregato di particelle. Ma, nonostante l’apporto fornito, Einstein manifestava forti perplessità sul principio fondamentale della meccanica quantistica, ovvero che il mondo delle particelle si slega da uno stretto determinismo e viene descritto solo da funzioni di probabilità.

Tali perplessità sembrano risentire dell’influenza della filosofia greca.

Platone infatti insegnava che il pensiero dovesse rimanere qualcosa di nobile e non farsi contaminare dai precetti della scienza. Lo stesso Einstein era convinto che il pensiero puro fosse capace di catturare completamente la realtà, ma la casualità quantistica contraddice questa ipotesi e introduce il principio di indeterminazione (di Heisenberg), il quale ci impedisce di conoscere contemporaneamente due quantità diverse della stessa particella con la stessa precisione.

Einstein non accettava questa indeterminazione di fondo, come tra l’altro espresso dalla sua famosa frase: “Dio non gioca a dadi con l’universo”.

Egli immaginava l’esistenza di variabili nascoste, come per esempio numeri ancora da scoprire oltre la massa, la carica e lo spin, utilizzati dai fisici per descrivere le particelle. Ma gli esperimenti non hanno mai sostenuto questa sua idea. È innegabile che esista una realtà che trascende dalla nostra comprensione – non possiamo conoscere tutto sul mondo dell’infinitamente piccolo.

Nell’ambito del processo che ha portato all’evoluzione del metodo scientifico, un ruolo importante lo ha svolto l’immaginazione, attraverso l’ideazione dei cosiddetti esperimenti mentali. Lo stesso Einstein, nel fornire numerosi esempi di esperimenti mentali, parte dal presupposto che l’immaginazione sia più importante della conoscenza.

Immaginazione e intelligenza, se miscelate nella giusta proporzione, danno vita all’intuizione, ovvero a un salto di qualità nella conoscenza, che va al di là della pura razionalità. Le intuizioni, o “fiori” dello spirito umano, non sono le stesse per ognuno di noi – il cervello di Einstein ha prodotto l’equazione “E=mc2” , mentre il cervello di Proust ha inventato mirabili metafore.

L’intuizione nasce in modo casuale, ma questa casualità è strettamente legata all’esperienza, alla cultura e alla conoscenza dell’individuo.

Senza la casualità, gli individui rimangono confinati nella conoscenza di un strato superficiale della realtà, dove vigono l’ordinarietà e i vincoli, senza la capacità di scendere più in fondo.

Il caso, per fortuna, ha compiuto dei miracoli nel corso della storia, e ha generato grandi figure, tra cui l’oggetto del nostro articolo: Albert Einstein.

Ma tuttavia, anche lui ha commesso i suoi errori. Il suo “primo errore” consisteva nel rifiutare la possibilità che l’universo abbia avuto un inizio. Invece, gli esperimenti hanno dimostrato che si sbagliava. La sua frase su Dio che gioca a dadi si traduce nel suo rifiuto ad accettare la presenza del caso nell’evoluzione della natura.

Le prove sperimentali della meccanica quantistica, però, hanno dato dimostrazione che è necessario imporre dei margini di casualità per spiegare i fenomeni fisici dell’infinitamente piccolo. Einstein rimase convinto del suo rifiuto.

Per lui, il cervello umano sarebbe stato capace di comprendere cosa sia l’universo. Con maggiore modestia, Heisenberg ci insegna che la fisica si limita a descrivere come reagisce la natura in circostanze date.

La teoria quantistica dimostra che non siamo in grado di avere una comprensione totale dell’universo. In cambio, ci viene offerta la casualità, che porta frustrazioni e pericoli, ma anche benefici.

Simone Weil, nel suo Gravity and Grace, dice che “l’uomo può sfuggire alle leggi di questo mondo solo per una piccola frazione di tempo. Istanti di pausa, di contemplazione, di pura intuizione… È solo all’interno di questi piccoli attimi che il genere umano può elevarsi a un livello superiore”.

Einstein è l’esempio perfetto di un essere intuitivo e dotato di elevata immaginazione e il suo rifiuto della casualità è quindi un paradosso, perché la casualità è ciò che rende possibile l’intuizione, consentendo processi creativi sia nella scienza che nell’arte.

Trappist-1e è un esopianeta simile alla Terra, ovvero possiede un raggio e una massa simili a quelli del nostro pianeta natale. Gli scienziati hanno scoperto che sta perdendo la sua atmosfera, un processo che potrebbe eventualmente renderlo inospitale. Lo stripping sembra essere causato da correnti elettriche create mentre il pianeta corre attorno alla sua stella nana rossa.

Trappist-1e senza atmosfera diventerebbe inabitabile

Si tratta di una scoperta significativa perché il sistema Trappist-1, in cui l’esopianeta Trappist-1e orbita attorno a una piccola stella nana rossa, è stato uno degli obiettivi principali nella ricerca della vita aliena. Dei sette mondi rocciosi simili alla Terra presenti nel sistema, almeno 3 si trovano nella zona abitabile, una regione attorno a una stella che non è né troppo calda né troppo fredda per consentire a un pianeta di poter supportare l’acqua in forma liquida.

Un pianeta senza atmosfera, tuttavia, non può trattenere l’acqua liquida, anche se si trova nella zona abitabile, nota anche come “Goldilocks zone”. Questo dimostra che, sebbene Trappist-1e possa trovarsi nella zona abitabile della nana rossa Trappist-1, situata a 40 anni luce dalla Terra, la sua abitabilità potrebbe essere impermanente.

Lo stesso fenomeno che colpisce l’atmosfera di Trappist-1e potrebbe avere un impatto anche sulle atmosfere degli altri pianeti in questa zona abitabile, il che è una brutta notizia per la possibilità di trovare vita in questo sistema.

Trappist-1e ha all’incirca le dimensioni della Terra, ma ha circa 0,7 volte la massa del nostro pianeta. È il quarto pianeta a partire dalla sua stella, orbita a soli 0,028 volte la distanza tra il nostro pianeta e il sole, completando un’orbita in soli 6,1 giorni terrestri.

Nonostante questa vicinanza, poiché Trappist-1 è molto più piccolo e più freddo del Sole, la sua zona abitabile è molto più vicina alla sua superficie rispetto alla zona abitabile della nostra stella. A tal fine, non è la radiazione proveniente da questa nana rossa che sembra stia spogliando l’atmosfera di TRAPPIST-1e, ma piuttosto un vento di particelle cariche soffiato dalla stella chiamato “vento stellare”.

Vento di particelle cariche sta spogliando TRAPPIST-1e della sua atmosfera

“Abbiamo osservato come cambia la meteorologia spaziale attraverso l’orbita del pianeta, con TRAPPIST-1e che passa molto rapidamente tra condizioni e pressioni di vento stellare molto diverse, portando a una sorta di compressione e rilassamento pulsante del campo magnetico planetario“, ha spiegato Cecilia Garraffo, team membro e astrofisica di Harvard & Smithsonia.

“Questo spinge forti correnti elettriche nell’atmosfera superiore – la ionosfera – che riscaldano l’atmosfera proprio come una stufa elettrica”.

Garraffo ha spiegato che anche la Terra sperimenta variazioni nel vento solare, che provocano un simile riscaldamento della nostra atmosfera. La differenza è che il riscaldamento avvertito da TRAPPIST-1e è fino a 100.000 volte più forte di quello che la Terra sperimenta con i venti solari.

Questo perché Trappist-1e si muove rapidamente attorno alla sua stella e il movimento guida potenti correnti ionosferiche che si dissipano e creano un riscaldamento estremo, che il gli studiosi hanno chiamato “riscaldamento Joule guidato dalla tensione”.

Anche se il team aveva previsto questo effetto già nel 2017, i ricercatori sono rimasti sorpresi da quanto potente lo abbiano scoperto ora: “Potrebbe essere così forte per TRAPPIST-1e che il calore essenzialmente fa evaporare l’alta atmosfera”, ha detto Garraffo: “Nel corso di milioni di anni, il pianeta potrebbe perdere completamente la sua atmosfera a causa di questo fenomeno”.La ricerca del team mostra che ci sono più di un paio di modi in cui un pianeta può perdere la sua atmosfera.

Si ritiene che la perdita di atmosfere degli esopianeti sia guidata da qualche processo esterno. Questo include una forte radiazione proveniente dalla stella, che può causare il riscaldamento e la fuga dell’atmosfera, o particelle cariche nel vento stellare che colpiscono i pianeti, causando un forte effetto di stripping.

“In questo caso, il riscaldamento dell’atmosfera, e la sua conseguente perdita, sono guidati solo dal rapido movimento planetario. Quindi, il pianeta si condanna a perdere la sua atmosfera semplicemente spostandosi“, hanno specificato gli esperti.

Oltre Trappist-1e, cosa succederà agli altri esopianeti Trappist-1?

Sulla Terra, la nostra magnetosfera protegge la nostra atmosfera deviando le particelle cariche lungo le linee del campo magnetico e fuori dietro il nostro pianeta. Marte, privo di un forte campo magnetico, ha avuto la sua atmosfera spogliata dai venti solari e dalla forte radiazione solare. In effetti, il Pianeta Rosso probabilmente ha perso la sua acqua nello spazio.

Si ritiene che anche Trappist-1e abbia una magnetosfera, ma questi risultati mostrano che potrebbe non essere sufficiente a prevenire lo stripping atmosferico.

“Normalmente, il campo magnetico di un pianeta agisce come una bolla protettiva, ma attorno a TRAPPIST-1e questa bolla è compromessa. Il campo magnetico del pianeta si collega con quello della stella, creando percorsi che consentono alle particelle della stella di colpire direttamente il pianeta“, ha continuato Garraffo: “Questo non solo distrugge l’atmosfera, ma la riscalda anche in modo significativo, lasciando TRAPPIST-1e e i suoi vicini vulnerabili alla perdita totale della loro atmosfera“.

Trappist-1e è il quarto espianeta della stella nana rossa nel cuore di questo affascinante sistema planetario di mondi rocciosi. Gli astronomi avevano già scoperto che Trappist-1b , il pianeta extrasolare più vicino alla stella, sembra aver già perso la sua atmosfera.

Il team ritiene che il riscaldamento Joule guidato dalla tensione potrebbe avere un impatto anche su Trappist-1f e Trappist-1g, privandoli anche delle loro atmosfere, anche se in misura minore rispetto a quanto previsto con Trappist-1e. Questo perché, rispettivamente a 0,038 e 0,04683 volte la distanza tra la Terra e il sole dalla loro stella, questi pianeti si muovono più lentamente attraverso i venti stellari della nana rossa.

“I pianeti più vicini a Trappist-1 avranno un destino ancora più estremo, e quelli più lontani un po’ più mite“, ha concluso Garraffo: “Immagino che tutti i pianeti Trappist-1 avranno difficoltà a mantenere l’atmosfera”.