Quali sono le condizioni perché un esopianeta possa ospitare una biosfera ricca e complessa come quella sulla Terra?
Un nuovo studio condotto da un gruppo di astrofisici napoletani guidato dal professore Giovanni Covone del Dipartimento di Fisica della Federico II ha rivelato che le condizioni simili alla Terra su pianeti potenzialmente abitabili potrebbero essere molto più rare di quanto si pensasse in precedenza.
Il team è completato da Riccardo Maria Ienco e Luca Cacciapuoti, studenti della Laurea Magistrale in Fisica della Federico II, e dalla dottoressa Laura Inno, ricercatrice presso l’Università Parthenope.
Anche se è difficile estrapolare dall’unico pianeta con la vita che conosciamo, gli scienziati ritengono che le condizioni essenziali per la vita siano la disponibilità di elementi chimici come carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, un solvente (come l’acqua), una generosa fonte di energia (come la luce di una stella) e un efficiente meccanismo biochimico per convertire materiale inorganico in biomassa. Sulla Terra, batteri ed organismi vegetali hanno sviluppato la fotosintesi dell’ossigeno per produrre elementi organici, raccogliendo la luce del Sole nella regione dello spettro elettromagnetico da 400 a circa 700 nm. La fotosintesi è essenziale per sostenere la ricca e rigogliosa biosfera terrestre. Infatti essa gioca un doppio ruolo: è fonte di cibo organico ed è fonte di ossigeno molecolare, essenziale per il metabolismo degli animali. “Il processo di fotosintesi dipende fortemente dal tipo di luce irradiata dalla stella intorno cui un pianeta orbita.” – spiega il professor Covone – “Abbiamo studiato in dettaglio come il processo di fotosintesi dell’ossigeno dipende dalle caratteristiche della stella ospite. In particolare abbiamo confrontato la quantità di radiazione utile alla fotosintesi che ogni stella può inviare sulla superficie di pianeti rocciosi nella cosiddetta zona abitabile.” La zona abitabile intorno ad una stella è quella fascia orbitale in cui un pianeta dotato di atmosfera potrebbe ospitare acqua liquida sulla superficie.
Stelle più fredde del Sole emettono una quantità di razione utile per la fotosintesi molto minore di quella emessa dal Sole, mentre stelle più calde non vivono abbastanza a lungo da permettere l’evoluzione della vita complessa così come la conosciamo. Il lavoro pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ha preso il via dai risultati della tesi di laurea triennale dello studente federiciano Riccardo Maria Ienco, la prima tesi in astrobiologia presso il Dipartimento di Fisica. “Nel mio lavoro di tesi ho confrontato le condizioni presenti nel sistema Terra-Sole con quelle di altri sistemi planetari con pianeti simili alla Terra”, spiega Ienco .
“Attualmente sono noti quasi 4500 pianeti extrasolari, ma solo dieci di questi sono simili alla Terra. E su nessuno di essi la fotosintesi sarebbe così efficiente da sostenere una biosfera rigogliosa come sulla Terra”. Solo uno di questi pianeti si avvicina a ricevere la radiazione stellare necessaria per sostenere una grande biosfera: Kepler-442b, un pianeta roccioso, con circa due volte la massa della Terra, a circa 1200 anni luce di distanza da noi. “Le stelle nane rosse sono di gran lunga il tipo di stella più comune nella Galassia – commenta Luca Cacciapuoti – ma nel nostro lavoro abbiamo trovato che non offrono condizioni adatte per una biosfera di tipo terrestre sui pianeti che orbitano intorno.” Sulla gran parte dei esopianeti nella zona abitabile, la fotosintesi ossigenica sarebbe possibile, ma nessuno di essi potrebbe sostenere una ricca biosfera. “Nella Galassia, condizioni simili alla Terra potrebbero essere molto meno comuni di quanto si poteva sperare”, commenta il professor Giovanni Covone. Missioni future come il James Webb Space Telescope (JWST), il cui lancio è previsto per la fine di quest’anno, offriranno la possibilità di studiare le atmosfere di pianeti simili alla Terra e fare nuova luce su ciò che serve davvero per un pianeta per ospitare la vita come la conosciamo.
Ulteriori informazioni
Il lavoro appare in Efficiency of the oxygenic photosynthesis on Earth-like planets in the habitable zone, G. Covone, R.M. Ienco, L. Cacciapuoti e L. Inno, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021), in press (DOI: 10.1093/mnras/stab1357)