Chi ha seguito le scoperte del James Webb Space Telescope potrebbe ricordarsi che qualche tempo si è parlato di K2-18b, un pianeta posto a 120 anni luce dalla Terra, che orbita nella “zona abitabile” della sua stella, un po’ più grande e massiccio della Terra, sarebbe coperto da un oceano di acqua liquida e nella sua atmosfera si sarebbe rilevato dimetilsolfuro, un composto che qui sulla Terra viene prodotto solo da processi biologici.
Questo pianeta, chiamato K2–18b, è stato effettivamente osservato dal JWST che ha catturato uno spettro fantastico della sua atmosfera, rivelando molti dettagli affascinanti su di esso.
In realtà, però, non c’è alcuna prova che K2-18b sia un mondo oceanico; non è stata rilevata alcuna traccia di acqua. Ci sono solo prove dubbie della presenza di dimetilsolfuro nella sua atmosfera, che, però, è piuttosto azzardato ritenerlo necessariamente prodotto da una causa biologica.
Eppure, i titoli che si sono rincorsi su Internet parlavano esplicitamente di vita aliena, e non solo i soliti giornali e siti scandalistici che vivono di clickbait ma anche testate normalmente affidabili come National Geographic e BBC.
Chiariamo bene cosa sappiamo sull’esopianeta K2–18b.
- Non è affatto come la Terra
Siamo ben consapevoli che quando si tratta di pianeti che hanno all’incirca le dimensioni fisiche della Terra, ci sono numerose possibilità su come potrebbe essere quel mondo.
- Potrebbe essere proprio come la Terra: con un’atmosfera sottile, acqua liquida sulla superficie, ma anche continenti e masse terrestri accanto.
- Potrebbe essere come la Terra, ma più umido: con un’atmosfera sottile e una superficie completamente ricoperta d’acqua, senza continenti o masse terrestri se non sotto le profondità oceaniche.
- Potrebbe essere secco e/o caldo: con un’atmosfera sottile (o addirittura privo di atmosfera), praticamente senza acqua e con una superficie solida e rocciosa, come Marte o Mercurio.
- Potrebbe essere ghiacciato e freddo: dove sotto qualunque atmosfera abbia (se presente), c’è una superficie ghiacciata contenente acqua, con potenzialmente un oceano acquoso liquido e sotterraneo sotto di essa.
- Oppure potrebbe aver sviluppato una propria atmosfera addensata, potenzialmente nuvolosa, a causa dei gas vulcanici e di altri composti prodotti chimicamente. Proprio come Venere, è improbabile che questi mondi abbiano temperature superficiali favorevoli alla presenza di oceani acquosi.
Potresti chiederti, quindi, quando si tratta dell’esopianeta K2-18b, che si trova alla stessa distanza relativa dalla sua stella madre di quanto la Terra lo è dal Sole in termini di temperatura, quale di queste possibilità lo descrive meglio?
La risposta, sorprendentemente, è nessuna di queste. Nessuna di queste possibilità descrive K2–18b, perché è massiccio, gonfio e più simile a Nettuno che alla Terra.
Pensiamo un momento a questi fatti.
K2–18b è circa 2,6 volte il raggio della Terra e 8,6 volte la massa della Terra. Ciò significa che la sua densità è inferiore alla metà di quella terrestre, il che implica che è circondato da un ampio involucro di gas volatili.
La massa/dimensione massima che un pianeta roccioso può avere al di sotto di un’atmosfera relativamente sottile è circa il doppio della massa della Terra e circa 1,3 volte il raggio della Terra; K2–18b supera entrambi questi valori di molto.
Inoltre, i pianeti grandi e massicci che sono più simili a Nettuno/Urano che a Terra/Marte/Venere, hanno un’attrazione gravitazionale più forte che rende loro facile trattenere i gas più leggeri di tutti: idrogeno ed elio, mentre un pianeta piccolo e di massa ridotta come il nostro, la gravità non è sufficiente per impedire alla radiazione solare di far volare via quegli atomi/molecole.
Uno studio recente ha dimostrato che qualsiasi pianeta che sia più di 1,75 volte il raggio della Terra deve essere simile a Nettuno, non simile alla Terra, e lo stesso studio ha dimostrato che se un’atmosfera di idrogeno/elio raggiunge anche solo la metà del raggio del pianeta, la pressione superficiale sarà decine di migliaia di volte quella sulla superficie terrestre, mentre la temperatura raggiungerà le migliaia di gradi. K2-18b, quindi, non può essere un mondo simile alla Terra, né coperto di oceani.
Cosa hanno effettivamente trovato i nostri telescopi nell’atmosfera di K2–18b?
Che ci crediate o no, questi nuovi dati JWST non sono i primi che abbiamo ricavato dall’osservazione dell’atmosfera di questo esopianeta, e non è nemmeno la prima volta che affermiamo dubbiosamente di aver trovato qualcosa di interessante sulla possibilità della vita.
Nel 2019, il telescopio spaziale Hubble ha effettuato osservazioni spettroscopiche di K2–18b, un’osservazione in parte motivata dal fatto che alla sua distanza dalla stella madre, questo esopianeta riceve circa la stessa quantità di energia per metro quadrato dalla sua stella che la Terra riceve dal Sole. Tali osservazioni affermavano di rilevare:
- una densa atmosfera ricca di idrogeno,
- nuvole,
- possibile vapore acqueo.
L’idrogeno è definito; ci dice che questo non è un mondo simile alla Terra o a una super-Terra, ma un pianeta simile a Nettuno con uno spesso involucro di gas attorno ad esso. Le nuvole sono una possibile interpretazione dei dati, ma le prove non danno una schiacciante certezza. Anche se ci sono, le nuvole non sono necessariamente fatte d’acqua; quasi tutti i gas che possono condensarsi possono formare nuvole. E il motivo per cui il vapore acqueo è stato etichettato solo come “possibile rilevamento” è perché il telescopio spaziale Hubble può vedere solo un po’ nell’infrarosso e le potenziali tracce di vapore acqueo e metano (un gas molto diverso) non potevano essere distinte.
Ma JWST, con le sue capacità spettroscopiche, è in grado di spingersi molto più lontano, nell’infrarosso. Mentre K2-18b passa davanti alla sua stella madre rispetto alla nostra linea di vista, parte della luce stellare viene “filtrata” attraverso l’atmosfera del pianeta, permettendoci di misurare il suo spettro di trasmissione e vedere quali molecole lasciano la loro “impronta digitale”. Quando ha osservato K2–18b durante un tale evento di transito, analizzando il suo spettro sia con gli strumenti NIRISS che con NIRSpec, ha misurato lo spettro su un intervallo che va da 0,8 a 5,0 micron, che è molto più ampio dell’intervallo di Hubble di 1,1–1,7 micron.
I risultati, mostrati sopra, mostrano definitivamente che ciò che è stato etichettato come “possibile firma dell’acqua” da Hubble era in realtà metano, e che sono metano ed anidride carbonica ad essere, molto probabilmente, presenti nell’atmosfera di questo mondo.
Guardando l’immagine sopra, c’è un’altra serie di lettere che indicano una molecola: DMS. Questo rappresenta il dimetilsolfuro e, sebbene gli autori affermino di aver rilevato questa molecola, è solo una piccola caratteristica “oscillante” nello spettro che ne indicherebbe la presenza. A causa delle ampie barre di errore/incertezze anche su questi incredibili dati JWST, non possiamo affermare inequivocabilmente la presenza di questo gas.
Il mondo degli Oceani?
Anche se un mondo delle dimensioni della Terra ricoperto d’acqua sarebbe un posto incredibilmente interessante per cercare la vita, e in particolare per cercare le biofirme associate ai processi che si verificano nelle acque oceaniche, è un’enorme forzatura applicare gli stessi criteri a un mondo gigantesco come K2–18b.
Perché?
Perché non è stata rilevata acqua sul K2–18b.
Esatto, lo ripeto: questi nuovi risultati del JWST invertono la precedente affermazione, basata sui dati di Hubble, che sospettava la presenza di acqua/vapore acqueo nell’atmosfera di K2-18b. Ora sappiamo che la firma era in realtà l’impronta del metano, che nello studio precedente era stata scambiata per acqua.
Ciò non significa che non ci sia acqua su K2-18b, ma significa che dove avremmo potuto rilevare l’acqua utilizzando le nostre attuali tecnologie – nell’atmosfera superiore di questo pianeta gigante gassoso – ora sappiamo che non c’è acqua. Forse potrebbe esserci acqua in uno strato inferiore dell’atmosfera, o in profondità sotto i gas volatili più vicini alla superficie effettiva, ma questo non è sicuramente un mondo oceanico, come molti hanno sostenuto.
Ma d’altra parte, forse è davvero un mondo oceanico, ma non simile alla Terra.
Immaginiamo che l’idrogeno nell’atmosfera di questo esopianeta sia in realtà uno strato molto sottile e che sotto di esso ci sia un’enorme quantità di acqua. In effetti, immaginiamo che ci sia più acqua su questo mondo di quanta ce ne sia su qualsiasi altro mondo del Sistema Solare, comprese le lune ricche di acqua di Giove e Saturno. Uno studio del 2020 ha dimostrato che un interno molto ricco di acqua sotto una sottile atmosfera di idrogeno può portare alla produzione di anidride carbonica e metano nell’atmosfera superiore. Tali previsioni sono coerenti con ciò che ha visto JWST.
In altre parole, non è del tutto impensabile che forse, solo forse, questa sia una versione mini-Nettuno di un mondo ricco di acqua, e forse esiste davvero una sorta di forma di vita estremamente esotica su un mondo come questo. Dopotutto, lo spettro JWST mostra un’indicazione (debole) di dimetilsolfuro, che qui sulla Terra viene prodotto solo biologicamente. Potrebbe davvero essere quello che sta succedendo qui?
A proposito del dimetilsolfuro
Qui sulla Terra, il dimetilsolfuro è prodotto da organismi viventi. È ciò che chiamiamo “firma biologica terrestre“, nel senso che quando la vediamo qui, sul nostro pianeta, è indicativo che qualche forma di vita la sta producendo. La maggior parte del dimetilsolfuro terrestre è prodotto dal fitoplancton e dai batteri e rappresenta la forma dominante di zolfo organico presente negli oceani terrestri. È ragionevole, quindi, pensare che se troviamo una traccia della stessa molecola, questo dimetilsolfuro, su un altro pianeta, allora forse quel pianeta potrebbe ospitare la vita.
Ma abbiamo trovato il dimetilsolfuro sull’esopianeta K2-18b?
Le prove, purtroppo, mancano. Quando vogliamo rivendicare una “rilevazione” in astronomia, ci sono alcune soglie di confidenza che dobbiamo considerare. Li misuriamo in termini di significatività statistica, dove, assumendo che gli unici errori siano statistici:
- un segnale 1-sigma si rivelerà un colpo di fortuna il 32% delle volte,
- un segnale 2-sigma è un colpo di fortuna il 5% delle volte,
- un segnale 3-sigma è un colpo di fortuna lo 0,3% delle volte,
- un segnale 4-sigma è un colpo di fortuna lo 0,01% delle volte,
- e un segnale 5-sigma è un colpo di fortuna solo lo 0,00006% delle volte.
5-sigma è quello che consideriamo il “gold standard” per le scoperte in astrofisica e fisica delle particelle, poiché molti segnali di 3-sigma o meno, spesso risultano “regredire alla media” con dati aumentati/migliorati.
Ed è qui che incontriamo grossi, grossi problemi con l’interpretazione degli spettri JWST.
- Abbiamo rilevato metano? Assolutamente; quella firma supera effettivamente la soglia di 5 sigma e possiamo essere estremamente sicuri che sia effettivamente presente nell’atmosfera di K2–18b.
- Abbiamo rilevato l’anidride carbonica? Probabilmente; lì abbiamo superato la soglia di 3 sigma, il che ci porta a credere che, più si che no, nell’atmosfera di K2-18b ci sia davvero anidride carbonica.
- Abbiamo rilevato il dimetilsolfuro? È troppo presto per dirlo. La significatività del rilevamento è solo di circa 1 sigma, il che significa che non possiamo escluderlo, ma anche che le prove a sostegno della sua esistenza sono estremamente fragili.
Se fossi sicuro a livello di 1 sigma della tua capacità di attraversare la strada senza essere investito, non sceglieresti assolutamente di attraversare quella strada. Allo stesso modo, se sei sicuro solo di 1 sigma nel tuo risultato scientifico, dovresti pretendere di ottenere dati maggiori e superiori prima di rivendicare un rilevamento. Vale anche la pena notare – e questo è molto importante per chiunque abbia familiarità con il campo – che tutte le affermazioni sul dimetilsolfuro e sul K2-18b come mondo oceanico possono essere ricondotte a una sola persona: lo scienziato di Cambridge Nikku Madhusudhan. Il rilascio della NASA, il rilascio di Cambridge e il suo lavoro passato e attuale rappresentano l’insieme completo di tutte le fonti primarie che discutono lo scenario di una sottile atmosfera di idrogeno con una superficie ricca di acqua sottostante, dove il dimetilsolfuro viene prodotto su K2-18b, in tutta la letteratura scientifica.
Ciò non significa che l’affermazione sia sbagliata, ma significa che questa affermazione viene avanzata da una e una sola persona/gruppo, in una situazione in cui è assolutamente necessaria una conferma indipendente.
Riepilogo delle prove: dove finiscono e dove iniziano le speculazioni
Allora, a che punto siamo rispetto all’esopianeta K2-18b? Sappiamo che contiene metano nella sua atmosfera. Sospettiamo fortemente che contenga anidride carbonica nella sua atmosfera. Vediamo prove suggestive ma non convincenti dell’esistenza di dimetilsolfuro, e notiamo anche che se JWST ha effettivamente rilevato dimetilsolfuro e se è di origine biologica, deve esserci un’enorme quantità di creature simili al fitoplancton/batteri che lo producono su questo mondo. Tuttavia, non vediamo alcuna prova che il K2–18b contenga acqua; non vediamo alcuna prova della presenza di acqua. E, cosa più importante, non viene rilevata alcuna firma biologica su questo mondo.
Potrebbe ancora esserci vita, ovviamente. Forse il modello di K2-18b con una sottile atmosfera di idrogeno, un oceano di acqua spessa al di sotto e una dilagante attività biologica che produce dimetilsolfuro si rivelerà corretto. Ma a questo punto, si tratta di una serie di speculazioni tutte costruite l’una sull’altra, poiché anche i dati sono molto coerenti con il fatto che nessuna di queste cose è vera.
È un problema enorme che, nella ricerca della vita extraterrestre, così tanti di noi – inclusi i professionisti dell’astronomia e dell’astrobiologia, non solo i giornalisti – siano pronti a trarre conclusioni affrettate senza prove sufficientemente forti. Rispondere alla domanda “siamo soli nell’Universo” è finalmente alla nostra portata scientifica. Dobbiamo stare attenti, soprattutto, per garantire che stiamo facendo le cose nel modo giusto.
