Esclusa la Terra, c’è vita nell’universo?

Per quello che abbiamo capito finora grazie ai nostri strumenti, l’universo è una vasta distesa di spazio disseminata di stelle, galassie e molto probabilmente pianeti. inoltre, oltre l’universo osservabile, c’è probabilmente una quantità molto maggiore di “Universo” che non è osservabile per noi, e un multiverso inflazionistico in cui è incorporato il nostro intero Universo.

Eppure, anche se i nostri studi hanno rivelato un numero enorme di dettagli sull’Universo in cui abitiamo (e forse anche oltre), dobbiamo ancora trovare un altro mondo abitato, magari con forme di vita anche semplice, microbica. La domanda se siamo “soli” nell’Universo rimane senza risposta.

Sebbene esistano molte possibili risposte a questa domanda, non abbiamo nessun dato per stabilirne una con certezza in un senso o nell’altro. Attualmente, l’idea che un Universo con vita intelligente onnipresente o, in contrapposizione, che il nostro sia un Universo in cui i “terrestri” sono gli unici in circolazione rientrano entrambe nel regno delle possibilità e saranno necessari ancora anni di studi prima di poter dare una risposta certa a questa domanda. Ecco cosa sappiamo oggi.

La ricerca della vita

Iniziamo dividendo la nostra base di conoscenza in tre sezioni separate:

  1. ciò che sappiamo essere vero, oggi, nel 2023,
  2. ciò che non è ancora noto ma che si presume vero, in base alle nostre attuali conoscenze,
  3. ciò che rimane sconosciuto, anche con le migliori conoscenze a nostra disposizione.

Per quanto riguarda le cose vere, questo rappresenta l’insieme completo di straordinari risultati, sia dal lato sperimentale/osservativo che è radicato in prove concrete, sia dal lato teorico che sono semplicemente estrapolazioni da ciò che è stato spiegato con successo dalle nostre migliori teorie per quali sono le conseguenze necessarie di quelle teorie.

Abbiamo una stima molto attendibile del numero totale di stelle, inclusa la percentuale di esse simili al Sole e la percentuale di elementi abbastanza pesanti da essere compatibile con l’esistenza di pianeti rocciosi e vita intorno a quelle stelle. Sappiamo quanto è grande l’Universo osservabile attualmente, e quanti sistemi stellari sarebbero effettivamente osservabili da noi, oggi, se avessimo una tecnologia arbitrariamente avanzata con cui lavorare. È assolutamente straordinario che solo circa 30 anni fa non conoscessimo le risposte a nessuna di queste domande, eppure oggi abbiamo imparato le risposte definitive a tutte.

All’interno della nostra Via Lattea ci sono circa 400 miliardi di stelle, ma la Via Lattea stessa è una galassia particolarmente grande, evoluta e tardiva rispetto alla media delle galassie dell’Universo. Possiamo mappare quella che viene chiamata la metallicità delle stelle nella nostra galassia – la frazione di elementi pesanti, elementi più pesanti dell’idrogeno o dell’elio, che sono presenti all’interno della stella – e vedere qual è la relazione tra la metallicità di una stella e le sue possibilità di avere pianeti attorno ad esso. Possiamo anche ordinare le stelle in base alla loro massa e al tipo spettrale, e vedere quale frazione di quelle stelle ha possibilmente pianeti simili alla Terra attorno a sé, dove “simile alla Terra” a questo punto significa solo:

  • roccioso, come la Terra,
  • circa la stessa massa e raggio della Terra,
  • a circa la stessa distanza dalla sua stella madre per ricevere quantità di energia comparabili a quella che la Terra riceve dal Sole,
  • dove questo è veramente tutto ciò che possiamo misurare per ora.

Infine, possiamo prendere ciò che sappiamo sulla formazione stellare nell’Universo e sull’intera serie di galassie osservate – così come le aspettative teoriche per le galassie che sono troppo deboli, di massa troppo bassa, troppo vicine a galassie più grandi, e troppo distanti per poterlo risolvere direttamente, per poter fornire una stima di quanti mondi potenzialmente abitabili sono contenuti nell’Universo osservabile. Tutte queste informazioni rientrano nella prima categoria di “ciò che è noto” per essere vero, oggi, alla fine del 2023.

Ecco qualche numero.

  • Tutto sommato, all’interno del nostro Universo visibile, ci sono circa 2,2 sestilioni, o 2,2 × 1021 , di stelle che esistono: di tutti i tipi, masse e che sono state create in tempi diversi.
  • Di quelle stelle, solo il 4% circa, ovvero 8 × 1019, sono potenzialmente osservabili qui sulla Terra, poiché la maggior parte delle stelle esistenti sono state create in tempi recenti in galassie che possiamo vedere solo oggi, da quando erano molto giovani.
  • Delle stelle esistenti, circa il 3-5% sono della stessa classe (tipo G) del nostro Sole. Circa il 15-20% delle stelle sono più fredde e di massa inferiore (tipo K), e circa il 75-80% di tutte le stelle appartengono alla classe delle “nane rosse” (tipo M) più fredde e meno massicce. Solo circa il 2% circa delle stelle sono luminose, blu e di brevissima durata.
  • Affinché le stelle possano avere la possibilità di avere pianeti rocciosi, devono contenere abbastanza elementi pesanti al loro interno. Il limite medio sembra essere circa il 25% della quantità di elementi pesanti nel nostro Sole; sopra rappresenta circa il 98% dei pianeti conosciuti, mentre sotto rappresenta solo circa il 2% di tutti i pianeti conosciuti.

Anche con queste restrizioni, questo ci lascia con un numero enorme di pianeti che sono almeno “pianeti candidati” a possedere qualche tipo di vita nell’Universo.

metallicità stellare in tutta la Via Lattea
Questa mappa codificata a colori mostra l’abbondanza di elementi pesanti di oltre 6 milioni di stelle all’interno della Via Lattea. Le stelle in rosso, arancione e giallo sono tutte abbastanza ricche di elementi pesanti da poter avere pianeti; le stelle codificate in verde e ciano dovrebbero avere solo raramente pianeti, e le stelle codificate in blu o viola non dovrebbero assolutamente avere pianeti attorno a loro. Si noti che il piano centrale del disco galattico, che si estende fino al nucleo galattico, ha il potenziale per pianeti rocciosi abitabili. Credito : ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO

Da qui, per andare avanti, dobbiamo passare alle ipotesi poiché abbiamo solo un esempio di mondo conosciuto che possiede vita conosciuta su di sé in qualsiasi forma: la Terra. Qualsiasi cosa oltre ciò richiede che ci avventuriamo da qualche parte nel regno dell’ignoto e ciò impone di essere schietti e onesti riguardo alle ipotesi che facciamo.

  • Partiamo dal presupposto che la vita sia nata attraverso un processo naturale dalla non vita e che qualsiasi pianeta con i giusti precursori chimici e condizioni ambientali – simili alla Terra o diversi in molti modi importanti – possa essere considerato un pianeta candidato alla vita.
  • Partiamo dal presupposto che le leggi della fisica che sperimentiamo e percepiamo qui, sulla Terra e nel nostro Sistema Solare, siano identiche alle leggi fondamentali della fisica che governano l’esistenza ovunque nell’Universo.
  • E assumiamo che la definizione di vita sia qualcosa che può in qualche modo estrarre energia dal suo ambiente, può usare quella fonte di energia per portare avanti i processi vitali (cioè, ha un metabolismo), e può fare copie di se stessa o avere una sorta di prole che è imparentata con se stessa (cioè può riprodursi in qualche modo).

Sebbene queste siano ipotesi comuni tra biologi, astrobiologi e la maggior parte degli scienziati che studiano l’origine della vita, spesso ci sono persone che fanno ipotesi diverse su una o più di queste, e quindi è importante affermare esplicitamente la posizione “naturalistica”.

Inoltre, ci sono anche presupposti cosmologici in gioco. Partiamo dal presupposto che la parte dell’Universo che non è osservabile per noi non solo obbedisce alle stesse regole sottostanti, ma possiede condizioni simili o addirittura identiche alla parte del nostro Universo che ci è familiare. Partiamo dal presupposto che il processo che ha dato origine e ha preceduto il Big Bang caldo per noi – l’inflazione cosmica – non solo ha creato un Big Bang caldo su un volume di spazio molto più grande e più grande di quello che comprende il nostro Universo osservabile, ma che, come previsto dall’inflazione e come vincolato dalle nostre misurazioni della parte dell’Universo che possiamo osservare:

  • esiste un Universo inosservabile che si estende per almeno 400 volte il raggio (e 64 milioni di volte il volume) del nostro Universo attualmente osservabile,
  • che è pieno dello stesso tipo di “roba” che esiste nel nostro Universo, inclusi gli ingredienti per le galassie, le stelle, i pianeti e la vita,
  • che esiste un multiverso inflazionario che separa diverse “tasche” di spazio, o diversi universi osservabili, l’uno dall’altro.

Ciò dovrebbe creare, nel complesso, un enorme insieme di “Universi” sconnessi che non sono solo oltre il nostro Universo osservabile, ma anche oltre il nostro Universo non osservabile. Tuttavia, è solo la parte del nostro Universo che si trova all’interno del nostro cono di luce – cioè dove possiamo potenzialmente ricevere segnali emessi dopo il Big Bang – che consideriamo vita extraterrestre “rilevabile”.

tempo
Un esempio di cono di luce, la superficie tridimensionale di tutti i possibili raggi luminosi che arrivano e partono da un punto dello spaziotempo. Più ti muovi nello spazio, meno ti muovi nel tempo e viceversa. Solo le cose contenute nel tuo cono di luce passato possono influenzarti oggi; solo le cose contenute nel tuo futuro cono di luce potranno essere percepite da te in futuro. Ciò illustra lo spazio piatto di Minkowski, piuttosto che lo spazio curvo della Relatività Generale. Nel nostro Universo attuale, solo circa il 4% delle stelle e dei sistemi stellari creati dopo il Big Bang sono attualmente osservabili. Credito : MissMJ/Wikimedia Commons

E già, purtroppo, dobbiamo abbandonare il regno del “noto” e del “solidamente assunto” per dirigerci nel regno dello speculativo. Ora siamo costretti a porci alcune domande difficili per le quali la scienza per ora non ha risposte.

  • Qual è il meccanismo attraverso il quale la vita ha avuto origine dalla non vita qui sulla Terra?
  • Quali sono gli altri meccanismi attraverso i quali può sorgere la vita e quanto sono comuni tutti questi meccanismi?
  • Dove nasce la vita, con quale frequenza persiste per lunghi periodi di tempo, rispetto a quanto spesso la vita viene spazzata via quando appare su un mondo?
  • Dove la vita nasce e persiste, con quale frequenza e dopo quanto tempo diventa ciò che chiameremmo complesso e differenziato: dove è multicellulare, è costituita da componenti specializzati e possiede molte strutture diverse che svolgono una varietà di funzioni biologiche diverse?
  • E laddove la vita diventa complessa e differenziata, quanto spesso diventa intelligente e/o tecnologicamente avanzata, e per quanto tempo persistono le specie a cui siamo “interessati” in questo senso?

Purtroppo, non abbiamo prove che indichino la risposta a nessuna di queste domande, e dobbiamo dare una risposta a tutte queste domande prima di essere pronti a rispondere alla domanda: “Potremmo davvero essere soli?”

Tuttavia, la nostra ignoranza non ci ha mai impedito di fare quelle che chiameremmo delle sane speculazioni.

Al momento, la teoria principale su come la vita sia nata dalla non vita è attraverso un processo chiamato coevoluzione peptide-RNA. L’idea è che una sorta di insieme di amminoacidi – gli elementi costitutivi delle proteine ​​– si si sia formato in un ambiente acquoso favorevole in presenza di una fonte di energia naturale. Riteniamo che ciò sia probabile, considerando che sia grandi quantità di acqua che numeri e tipi significativi di amminoacidi si trovano nei protoplanetesimi: oggetti come asteroidi e comete, residui della formazione del nostro Sistema Solare.

Mentre ci sono solo circa 22 amminoacidi, tutti della stessa “manualità” o chiralità, che partecipano ai processi vitali sulla Terra, ci sono più di 80 amminoacidi, con la stessa “manualità” o chiralità o opposta, che si trovano in questi ghiacciai e corpi rocciosi. Quando gli amminoacidi interagiscono per formare un peptide o una proteina, quelle nuove molecole possono svolgere funzioni metaboliche. Quando aggiungi uno ione a un peptide, questo può comportarsi come un enzima. E quando accoppi loro una sorta di acido nucleico – sia esso basato su zuccheri di ribosio (RNA), peptidi (PNA) o altri acidi nucleici “xeno” (XNA) – puoi conferire loro la capacità di riprodursi.

coevoluzione peptidica

Ora, sfortunatamente, dobbiamo entrare nel regno della speculazione totale se vogliamo iniziare a calcolare le probabilità. Non esiste, al momento, alcuna base scientifica per affermare alcun tipo di probabilità su quante volte:

  • la vita che emerge dalla non vita,
  • la vita si sostiene per miliardi di anni o più su un pianeta,
  • la vita si evolve per diventare complessa e differenziata,
  • quella vita complessa e differenziata diventa intelligente e potenzialmente tecnologicamente avanzata.

Abbiamo sempre solo un esempio come prova questo sia possibile: noi sulla Terra.

Sulla Terra, la vita è emersa dalla non-vita molto presto (non più tardi di 3,8 miliardi di anni fa) e si è sostenuta per tutto il tempo da quando è emersa, diventando complessa e differenziata almeno ~ 600-700 milioni di anni fa, e che ha almeno un esempio di intelligenza nell’umanità di oggi.

Se ogni passo fosse abbastanza probabile, diciamo che si verifica sull’1-10% di tutti i pianeti candidati, allora ci sono tra 1011 e 1016 mondi osservabili che, ad un certo punto, sviluppano vita intelligente su di essi.

D’altra parte, se uno o due di questi passaggi si dimostrassero relativamente improbabili – laddove, diciamo, c’è solo una possibilità su un miliardo che si verifichi – allora è plausibile che, dopotutto, per quanto riguarda la vita intelligente, potremmo essere davvero da soli: almeno per quanto riguarda il raggiungimento e la scoperta di un tale sistema.

mitocondri
I mitocondri, colorati di giallo in questa immagine delle cellule eucariotiche, hanno i propri acidi nucleici e, ad un certo punto del lontano passato, erano il proprio organismo invece di un organello trovato all’interno delle cellule eucariotiche. Sebbene possano riportarci indietro di miliardi di anni, dal punto di vista evolutivo questi mitocondri sono ancora troppo avanzati, complessi e differenziati per essere considerati uno dei primi esempi di vita sulla Terra. Crediti : Torsten Wittmann, Università della California, San Francisco/NIH

Tuttavia, anche se potremmo essere interessati alle specie aliene intelligenti e tecnologicamente avanzate – ed è comunque uno sforzo scientificamente utile cercarle – è importante non limitarci alla ricerca di ciò che speriamo fortemente sia là fuori. Se trovassimo un pianeta in cui la forma di vita più intelligente fosse simile a un delfino, un cane, un alligatore o anche un ragno, non solo saremmo felicissimi, ma studieremmo il più duramente possibile per capire come comunicare con una tale intelligenza aliena.

Anche se tutto ciò che trovassimo fosse un mondo con vita microbica (o anche più semplice) – che ci aspettiamo dovrebbe essere la circostanza più comune tra tutti i pianeti abitati – impareremmo che la Terra non è unica e che la vita è davvero là fuori nell’universo. Finché saremo l’unico esempio conosciuto di vita, potremmo davvero essere uno straordinario vincitore nella lotteria cosmica della biologia. Ma se trovassimo un secondo esempio, non solo avremmo motivo di credere che ce ne siano molti altri, ma che potremmo iniziare a stimare la frequenza dei mondi abitati.

È molto improbabile che la Terra si riveli essere l’unico pianeta dove è nata la vita; la maggior parte degli scienziati pensano che sia molto probabile che ci siano migliaia, milioni o addirittura miliardi di mondi abitati da qualche forma di vita solo nella Via Lattea. Ma tante domande chiave rimangono senza risposta.

  • La Terra è stata estremamente fortunata nel fatto che la nostra biosfera non si è mai estinta completamente?
  • I 3-4 miliardi di anni che abbiamo impiegato per passare dall’origine della vita alla vita complessa e differenziata sono tipici, oppure ci sono state circostanze particolari che hanno permesso al nostro pianeta di arrivarci?
  • L’intelligenza di tipo umano è così rara che le probabilità contro di essa sono astronomiche? Oppure le intelligenze come la nostra sono relativamente comuni: sia qui sulla Terra che su altri pianeti?

Oggi queste sono domande a cui nessuno scienziato può rispondere, ma moltissimi stanno lavorando per scoprirne le prove, in un modo o nell’altro. Forse, quando verrà scoperto per la prima volta un mondo abitato oltre la Terra, inizieremo finalmente a rispondere a queste domande nell’unico modo soddisfacente che conosciamo: con i dati, piuttosto che con il solo ragionamento a priori.

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