Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

eso12 – A caccia di firme biologiche

Questo articolo è l’ultimo di una serie dedicata all’individuazione e allo studio dei pianeti extrasolari, e altri ne seguiranno. La serie ha avuto inizio il 20/7/15 con eso1 – I pianeti extrasolari, imparare le basi. In particolare, oltre al presente, altri due post sono stati dedicati alla spettroscopia del transito, una nuova disciplina che consentirà di stabilire con certezza l’esistenza della vita su altri pianeti tramite l’individuazione di firme biologiche che si sta proprio ora cominciando ad analizzare. I due articoli sono: eso10 – I colori di un mondo che vive e eso11 – I colori della vita extraterrestre. Ambedue possono essere considerati propedeutici al presente articolo. Buona lettura. (RF)

 

 spettroscopia transito JWST firma biologica ossigeno abiotico falso positivo

Immagine: una nuova ricerca del Laboratorio Planetario Virtuale dell’Università di Washington aiuterà gli astronomi a identificare meglio ed escludere i “falsi positivi” nella ricerca della vita. Illustrazione: immagine di un artista di Kepler 62E, a circa 1200 anni luce nella costellazione della Lira. Fonte: NASA

 

Mancano solo due anni al lancio del Telescopio Spaziale James Webb (JWST). Se tutto va bene, il JWST dovrebbe traghettarci nell’era del rilevamento delle firme biologiche, che verrà usato per cercare i segni caratteristici degli organismi viventi nelle atmosfere dei rispettivi mondi. Ma quanto sono sicure queste firme? Una nuova pubblicazione dell’Università di Washington approfondisce il problema dei falsi positivi ed elenca le caratteristiche delle firme che potrebbero fuorviarci.

Un metodo di studio delle firme biologiche è quello della spettroscopia di transito, che usa i dati raccolti dalla luce della stella che attraversa l’atmosfera di un pianeta in transito. Questa tecnica ci consente di analizzare quelle caratteristiche della luce che evidenziano i particolari costituenti dell’atmosfera. Un consistente segnale dell’ossigeno può per forza indicare la presenza di vita? Si penserebbe di sì, perché l’ossigeno nell’atmosfera terrestre, O2, è instabile nel tempo su scala geologica e verrebbe gradualmente consumato dalle reazioni con i gas vulcanici e dall’ossidazione al livello della superficie.

Sul nostro pianeta quindi l’ossigeno necessita di una fonte che lo ricostituisca e che è la fotosintesi di piante e alghe che cercano la luce solare per ottenerne energia. Ma Edward Schwieterman e il suo team pensano che, mentre sulla Terra l’ossigeno abiotico non può raggiungere livelli significativi, può certamente aumentare in altri ambienti planetari. Questo dovrebbe farci riflettere. (1)

Schwieterman, che lavora sotto l’egida del Laboratorio Planetario Virtuale (Virtual Planet Laboratory) dell’università, vede l’ossigeno come un potenziale falsario delle firme biologiche. La creazione abiotica di ossigeno, particolarmente intorno alle stelle di massa piccola che potrebbero essere uno dei primi oggetti di questo tipo di ricerca, può verificarsi quando la luce ultravioletta della stella spezza le molecole di biossido di carbonio, consentendo la formazione di O2 da parte di alcuni atomi di ossigeno. Abbiamo così dell’ossigeno non sostenuto da attività biologica.I modelli al computer di Schwieterman mostrano che questo processo produrrebbe anche trascurabili quantità di monossido di carbonio. Pertanto, la presenza di biossido e monossido di carbonio solleverebbe dubbi sul simultaneo rilevamento di ossigeno nell’atmosfera di un pianeta. I processi abiotici, anziché la vita, potrebbero esserne l’agente. Ciò può essere usato a nostro vantaggio: dato che le firme di CO/CO2 e O di origine abiotica sono più rilevabili con appena 10 transiti rispetto a O2 e O3, il fatto di determinarle con ragionevole certezza può permettere di escludere i pianeti con firme biologiche false per passare invece allo studio di altri pianeti. (2)

L’Osopra menzionato è un secondo tipo di falsario delle firme biologiche, in quanto la luce della stella primaria decompone l’acqua atmosferica sul pianeta roccioso in esame. In questo caso otteniamo grandi quantità di ossigeno dovuto alla fuga dell’idrogeno e possiamo aspettarci di trovare coppie di ossigeno molecolare di breve durata che diventano molecole di O, producendo una firma propria. Come nota Schwieterman, si produce una maggiore percentuale di ossigeno come mai la Terra ha avuto nella propria atmosfera:

 

Certe caratteristiche dell’Osono potenzialmente rilevabili nella spettroscopia di transito e molte altre sono visibili nella luce riflessa. Un segno consistente di O4 potrebbe suggerire che quest’atmosfera ha molto più ossigeno di quanto ne possa essere prodotto biologicamente.

 

Il rilevamento di questo particolare “falsario  delle firme biologiche” è più fattibile per mezzo dell’osservazione diretta, mentre le firme del biossido e del monossido di carbonio sono meglio identificabili tramite la spettroscopia di transito. La ricerca prende in considerazione le simulazioni dello spettro dell’osservazione diretta, in cui l’elevato assorbimento dell’Ofarebbe ipotizzare un’atmosfera a elevato contenuto di ossigeno, molto diverso da quello mai raggiunto dalla Terra.(3)

Schwieterman e il suo gruppo ritengono che i primi pianeti potenzialmente abitabili, di cui studieremo le atmosfere, saranno quelli orbitanti intorno alle stelle nane di classe M. Si tratta del tipo di pianeti con maggiore probabilità di mostrare entrambi i tipi di falsari delle firme biologiche spiegati sopra. Dovremo quindi interpretare potenziali firme biologiche che, senza questi criteri, darebbero adito a confusione. Afferma Schwieterman:

 

La potenziale scoperta della vita al di fuori del Sistema Solare è di tale importanza e foriera di tali conseguenze che dobbiamo essere assolutamente sicuri di aver lavorato bene, di sapere esattamente cosa stiamo cercando e da cosa potremmo essere ingannati quando analizziamo la luce degli esopianeti.

Traduzione e adattamento di FAUSTO MESCOLINI

 

 

FONTI:

La pubblicazione è Schwieterman et al., Identifying Planetary Biosignature Impostors: Spectral Features of CO and O4 Resulting from Abiotic O2/OProduction, Astrophysical Journal Letters Vol. 819, N. 1 (25 febbraio 2016). Riassunto / prestampa. È disponibile anche un comunicato stampa dell’Università di Washington.

Titolo originale: False Positives in the Search for Extraterrestrial Life di Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 2 marzo 2016

NOTE:

1.

In biochimica, sintesi a., la sintesi di composti organici per via chimica, che avviene cioè in assenza di cellule viventi o di loro organuli, N.d.T.

2.

“…nei casi qui esposti, i discriminatori spettrali di O2 e Osono più trascurabili con un’ipotetica osservazione del JWST che con le firme degli stessi O2 e O3. Nello spettro del nostro esempio, né l’O2 né l’Osarebbero direttamente rilevabili con appena 10 transiti, mentre i discriminatori abiotici di CO/CO2 e O4 potrebbero esserlo. Se lo scopo ultimo è quello di definire i pianeti in cui sono ottenibili le firme biologiche, si avrebbe l’opportunità di massimizzare il tempo utile di osservazione. Nel caso in cui gli indicatori spettrali delle firme biologiche false vengano rilevati con ragionevole certezza, piuttosto che approfondire ulteriormente la comunità scientifica potrebbe destinare il tempo restante ad altri obiettivi promettenti.”

3.

“Questo semplice caso di prova dimostra che se le atmosfere a O2 elevato proposte da Luger e Barnes (2015) esistono, la forza di assorbimento della banda dell’Oin tali spettri planetari sarebbe paragonabile o superiore a quella delle bande di O2 monomero. Tali spettri sono qualitativamente differenti dallo spettro della Terra moderna, anche nell’intervallo 0,3-1,0 µm, dato che hanno forma diversa, caratteristiche dell’Opiù ampie e ulteriori caratteristiche provenienti dall’O4. Tutti questi sono segni di un’abbondanza di O2 molto maggiore di quanto abbia mai raggiunto l’atmosfera terrestre, autoregolata da cicli negativi.”

3 aprile 2016 - Posted by | Astrofisica, Planetologia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , ,

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