Le infernali condizioni del sistema planetario TRAPPIST-1

L’annuncio della scoperta di 7 pianeti rocciosi attorno alla stella nana rossa TRAPPIST-1, di cui tre nella fascia di abitabilità, quindi potenzialmente in grado di ospitare acqua liquida in superficie, ha fatto il giro del mondo e ha regalato generosi sogni a tutti gli appassionati. La cassa di risonanza dei mass media ha amplificato fino all’esasperazione delle presunte caratteristiche che nessuno, nella comunità scientifica, aveva in realtà citato. Ecco allora che i primi lanci di agenzia parlavano di pianeti gemelli della Terra, simili in tutto e per tutto al nostro pianeta, sui quali la vita era considerata un fatto ormai scontato. Le agenzie di viaggio di mezzo mondo erano già pronte a staccare impossibili biglietti per le prossime vacanze estive a prezzi stracciati, comodamente seduti all’interno di un’astronave che avrebbe impiegato appena 700 mila anni per arrivare.

Rappresentazione artistica (e ottimistica) del sistema TRAPPIST-1

Se sognare è lecito e a volte persino necessario, non dobbiamo mai dimenticare però che la realtà spesso è ben diversa da quella raccontata da molti mezzi di informazione. Che quel sistema avesse poco o nulla in comune con la Terra era già evidente, a cominciare da ciò che davvero conoscevamo di quei lontani mondi: il raggio, una rozza stima della massa, la distanza orbitale dalla stella madre e il periodo di rivoluzione. Non si sapeva molto altro, ma tanto bastava per escludere una forte somiglianza con la Terra: i 7 pianeti, infatti, ruotano attorno a una stella poco più grande (in dimensioni) di Giove, 8 volte più piccola del Sole e 12 volte meno massiccia. I periodi di rivoluzione variano da poco più di un giorno per il più interno a un paio di settimane per quello più esterno (18 giorni per la precisione) e sono tanto vicini gli uni agli altri che dalla superficie di uno di questi si possono vedere i dischi degli altri, come se nel nostro cielo ci fossero altre sei lune. Di quel sistema l’unica cosa simile alla Terra sono le dimensioni dei pianeti e il fatto che alcuni di questi orbitano a una distanza dalla propria stella che permette di ricevere circa la stessa quantità di energia di quella che qui riceviamo dal Sole: nient’altro. Da qui a gridare alla vita ce ne vuole, anche perché, tutti lo sapevano, la stella attorno alla quale orbitano è una nana di classe M8, che tradotto dal linguaggio astronomico significa un oggetto molto particolare e irrequieto.

Le nane rosse, le stelle più piccole e meno brillanti dell’Universo, sono infatti note per essere astri molto instabili a causa dei forti e complessi campi magnetici che sono in grado di scatenare potenti brillamenti, esplosioni superficiali che scagliano nello spazio enormi quantità di radiazioni elettromagnetiche molto pericolose, come i raggi X e UV, e particelle subatomiche estremamente energetiche. La nana rossa del sistema TRAPPIST-1 ha solo mezzo miliardo di anni, quindi è estremamente giovane: questo non deponeva già a favore di una sua stabilità e ora ne abbiamo le prove.

Un gruppo di ricerca ungherese ha studiato infatti il comportamento della stella analizzando i dati fotometrici del telescopio spaziale Kepler e ha pubblicato un interessante articolo (attualmente in revisione presso la rivista Astrophysical Journal) che ben delinea l'inquietante scenario a cui sono sottoposti i sette pianeti del sistema TRAPPIST-1. Ebbene, possiamo definitivamente moderare l’entusiasmo, perché ora abbiamo le prove di quello che un po’ tutti pensavano.

La piccola nana rossa è infatti una stella estremamente instabile. Analizzando la sua luce in funzione del tempo, i ricercatori hanno scoperto l’esistenza di grosse macchie, simili, ma più estese, di quelle solari e la presenza di decine di potenti e complessi brillamenti, che avvengono con una cadenza anche di poche ore l’uno dall’altro. La potenza di queste esplosioni è paragonabile a quella dei più potenti flare di cui è capace il Sole, tra cui il famoso evento Carrington, che nel diciannovesimo secolo ha regalato aurore quasi fino all’equatore e causato molti problemi alla giovane linea telegrafica degli Stati Uniti. Stiamo parlando di eventi che possono rilasciare un’energia fino a 10^33 erg, pari a quella di un miliardo di bombe Zar, l’arma nucleare più potente e distruttiva mai concepita dall’essere umano. Poiché i pianeti di TRAPPIST-1 orbitano dalle 10 alle 100 volte più vicini alla stella rispetto alla Terra, i brillamenti stellari scatenerebbero tempeste magnetiche migliaia di volte più intense rispetto alle più potenti che hanno colpito il nostro pianeta. Non sappiamo quali sono le caratteristiche di questi pianeti, ma siamo perfettamente coscienti che se la Terra si trovasse al posto di uno qualsiasi di loro verrebbe sterilizzata e privata dell’atmosfera in breve tempo. A questo punto, allora, c’è solo da augurarsi che questi corpi celesti non siano davvero intrinsecamente simili alla Terra, altrimenti il loro destino sarebbe già stato scritto da milioni di anni e non sarebbe di certo favorevole allo sviluppo della vita come la conosciamo.  

La curva di luce della stella TRAPPIST-1 mostra improvvise impennate scatenate da imponenti flare che ne aumentano di oltre tre volte la luminosità.

Quanto devono essere diversi questi pianeti per poter resistere all’esuberanza della loro stella?

Solo un forte campo magnetico può schermare le atmosfere planetarie ed evitare una rapida erosione, come accaduto per Marte, ma questo dovrebbe essere migliaia di volte più potente di quello della Terra. In un sistema che potrebbe essere bloccato dalle forti forze mareali, ovvero in cui i periodi di rotazione dei pianeti dovrebbero coincidere con quelli di rivoluzione, tutti superiori al giorno terrestre, si fatica a capire come questi pianeti abbiano potuto creare un campo molto più intenso del nostro e mantenere un’atmosfera stabile. 

Come se non bastasse, le enormi esplosioni di questa stella ne aumentano la luminosità e questo implica che l’energia che ricevono i pianeti varia sensibilmente nel tempo. La zona di abitabilità, quindi, non avrebbe un confine netto e potrebbe variare di milioni di chilometri, facendo entrare e uscire di continuo i tre pianeti per noi più interessanti. Se anche ci fosse lo scudo magnetico a proteggere l’atmosfera dall’erosione da parte delle particelle cariche scagliate durante i brillamenti, cosa potrebbe garantire la stabilità atmosferica quando l’energia ricevuta può cambiare anche di tre volte in breve tempo? La risposta è sconsolante: niente. Il tempo di assestamento di un’atmosfera simile a quella terrestre, dopo che viene alterata da una potente esplosione stellare, è di qualche migliaio di anni, ben maggiore della frequenza dei flare più violenti registrata su TRAPPIST-1. La conseguenza è quindi inevitabile: le atmosfere di questi pianeti, qualora fossero presenti (cosa non scontata), sarebbero estremamente instabili e non favorevoli all’evoluzione della vita, che a prescindere dalle condizioni di cui necessita per nascere richiede una forte stabilità ambientale per evolversi, un ingrediente che manca del tutto in ognuno di questi sette pianeti. 
Lo scenario più probabile è la totale apocalisse: nessuna atmosfera attorno ai corpi celesti, superficie completamente sterile e solcata magari da grandi vulcani e imponenti colate laviche, come accadeva sulla giovane Terra: quanto di più lontano possa esserci per lo sviluppo e l'evoluzione di qualsiasi forma di vita.

Molti saranno rimasti delusi, ne sono certo, perché la nostra latente solitudine cosmica ha bisogno di essere colmata cercando qualcosa di familiare nell’immensa oscurità dell’Universo. In un luogo tanto vasto, tanto alieno, tanto al di là della nostra esperienza, al punto che spesso è più facile dimenticare che provare a immaginare, trovare un altro mondo simile al nostro rappresenterebbe quell’irrazionale sollievo al peso sempre maggiore della consapevolezza. Ma l’Universo non è fatto a nostra immagine e somiglianza e la sua vera bellezza è proprio l’eccezionale varietà di situazioni e fenomeni straordinari, molti dei quali difficili da immaginare finché non vengono scoperti. Cercare pianeti con la morbosa ossessione di trovare un qualsiasi appiglio che ci faccia sentire meno soli nell’Universo, rappresenta la trasposizione cosmica di quell’impaurito viaggiatore che esce per la prima volta dal proprio paese e, invece di immergersi nella cultura del luogo che sta visitando, si rifugia disperato nel primo ristorante italiano che trova lungo la strada, che di italiano, poi, ha solo il nome e ben poco altro. Lasciamo da parte le ancestrali ossessioni e concentriamoci, invece, nell’esplorare un luogo tanto alieno e altrettanto spettacolare, altrimenti rischieremo seriamente di rovinarci il viaggio più bello, lungo, libero e meraviglioso della nostra storia.

Sette pianeti rocciosi attorno a una stella vicina alla Terra

La notizia era nell’aria da ormai qualche giorno e nelle ultime ore l’embargo imposto ai giornalisti, che avevano ricevuto il comunicato stampa con qualche giorno di anticipo, era ormai crollato. Questo dimostra, come se ce ne fosse ancora bisogno, che le fughe di notizie sono inevitabili e tanto più rapide quante più persone ne sono a conoscenza. Ora che sono passate le 19 e l’embargo è terminato, anche chi l’ha rispettato può parlare.

Gli autori della ricerca, con a capo il belga Michaël Gillon dell'università di Liegi, in collaborazione con la NASA, hanno indetto una conferenza stampa e pubblicato un articolo su Nature (liberamente accessibile qui) dove si confermano i rumors della vigilia. 

Il sistema planetario TRAPPIST-1, acronimo di Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, un progetto belga, fu scoperto nel Maggio 2016 e sembrava essere composto da tre pianeti che transitavano di fronte al disco della propria stella. Nei mesi successivi è partita la caccia per confermare e caratterizzare quei transiti con l'aiuto dei telescopi più potenti del mondo, compreso il telescopio spaziale infrarosso Spitzer. Ed è proprio questo che non solo ha confermato i tre pianeti ma ne ha aggiunti altri quattro al sistema, caratterizzandone dimensioni e orbite. Tutti sono di taglia terrestre, e già questo è un record, quindi probabilmente rocciosi, ma la cosa straordinaria è che tre di questi pianeti si trovano all'interno della zona abitabile attorno alla stella e possono sperimentare temperature comprese tra 0°C e 100°C.

 

Rappresentazione artistica (ma in scala) dei 7 pianeti rocciosi.

È racchiusa in quest'ultima frase tutta l’enfasi e l’importanza di questa scoperta. Non conosciamo, al momento, nessun sistema planetario, tra gli oltre 3000 scoperti, che abbia non uno ma ben tre pianeti di taglia rocciosa nella zona di abitabilità. Se la notizia può sembrare normale e fin troppo enfatizzata da giornalisti e dalla stessa NASA, forse non abbiamo ancora ben compreso quanto sia importante, quanto sia stata difficile e quale sia il passo fatto oggi dalla scienza. Forse ci aspettavamo l’osservazione diretta di un pianeta gemello della Terra, con oceani e vegetazione, o persino l’individuazione di tracce di civiltà. Il problema è che i mass media tradizionali, e in parte internet, ci hanno offerto una visione della scienza che è molto più avanti della nostra tecnologia, caricandoci di aspettative che a meno di clamorosi colpi di fortuna sono del tutto irrealistiche. Qualcuno potrebbe dire che “l’universo è pieno di pianeti in fascia abitabile” o che “anche se avessero dovuto annunciare la scoperta di vita extraterrestre io lo sapevo comunque, perché è normale che non siamo soli nell’Universo”. Queste affermazioni, sebbene siano supportate da ragionamenti logici e deduttivi non scorretti, restano ancora speculazioni. La realtà ha bisogno di più di qualche speculazione per essere confermata. La realtà ha bisogno di dati oggettivi e dimostrati, anche se la nostra mente ha intuito quella direzione con molto anticipo (addirittura Giordano Bruno aveva ipotizzato l’esistenza di infiniti altri mondi).

È vero che abbiamo già trovato pianeti extrasolari nella zona di abitabilità, ma non era mai accaduto di trovare un sistema tanto complesso e interessante.

Come forse molti già sanno, la zona di abitabilità è una fascia orbitale attorno alla stella dove è in teoria possibile l’esistenza di temperature miti e acqua liquida in superficie. L’appartenenza di un pianeta alla fascia di abitabilità è una condizione necessaria ma non sufficiente per avere un corpo celeste simile alla Terra, dove noi sappiamo che può svilupparsi la vita e in quale modo. Tra le altre variabili necessarie affinché in superficie ci siano condizioni adatte alla vita come la conosciamo c’è sicuramente la presenza di una densa atmosfera. Questa è di fatto la differenza tra la Terra e la Luna, tra un corpo celeste vivo e uno del tutto morto, pur condividendo la medesima zona all’interno della fascia di abitabilità.

Le curve di luce mostrano il calo di luminosità che la stella subisce ogni volta che uno di questi pianeti le passa di fronte. Dalla durata del transito e dal calo di luminosità si può ricavare il raggio del pianeta e la distanza dalla stella, quindi il periodo di rivoluzione.

Non sappiamo, ancora, se questi pianeti abbiano un’atmosfera e come sia fatta, ma poiché hanno una massa simile alla Terra non vi sono motivi forti per credere che non la possiedano. La cosa interessante, e in un certo senso straordinaria, è che a prescindere dallo spessore delle atmosfere e dalla loro composizione chimica, abbiamo tre possibilità nello stesso sistema planetario di trovare almeno un corpo celeste con le condizioni giuste: le probabilità sono quindi dalla nostra parte questa volta! Questo è il succo della notizia. Tre pianeti a distanze diverse ma dentro la fascia abitabile; tutti e tre rocciosi e con possibili atmosfere. A prescindere dalla loro composizione chimica, se gli involucri gassosi hanno una densità pari ad almeno il 10% quella della Terra, almeno uno di loro potrebbe ospitare acqua liquida in superficie.

Per capire meglio, proviamo a immaginare un Sistema Solare in cui Venere si trova al posto della Terra, la Terra a metà strada verso Marte e un altro pianeta simile per massa e dimensioni proprio alla distanza di Marte. Sappiamo già che a Marte è mancata solo un po’ di massa per riuscire a trattenere quella sua atmosfera primordiale che per almeno un miliardo di anni lo ha reso un posto temperato e ricco d’acqua. E’ molto probabile che se questi corpi celesti fossero stati nel nostro sistema solare avrebbero potuto essere tutti e tre abitabili, seppur in modo differente gli uni dagli altri.

Abbiamo allora scoperto quello che per il momento è il sacro Graal dei sistemi planetari, di gran lunga il luogo più interessante per cercare condizioni adatte alla vita e forse tra i più facili da studiare con la prossima generazione di telescopi. Tutti i pianeti, infatti, sono stati osservati attraverso il metodo dei transiti, colti mentre attraversavano, uno a uno, il disco della loro stella. Stiamo quindi osservando questo sistema stellare esattamente di taglio; una botta di fortuna cosmica (è davvero così?) che ci ha permesso di determinare le dimensioni e l'orbita con buona precisione e permetterà in futuro di ottenere gli spettri e i primi profili delle atmosfere dei tre pianeti per noi più importanti. 

Ma c'è anche dell'altro. E se TRAPPIST-1, benché raro per la nostra tecnologia ancora arretrata, fosse la regola nell'Universo? Davvero possiamo pensare che se un tale sistema fosse stato molto raro noi lo avremmo trovato a soli 40 anni luce dalla Terra, nel nostro giardino di casa, per di più con il metodo dei transiti che non vede oltre il 90% dei sistemi planetari? Se le nane rosse, tanto deboli da risultare per noi invisibili oltre poche centinaia di anni luce, avessero sistemi planetari così complessi, con più di un pianeta nella zona di abitabilità, nella Via Lattea conteremmo forse più di 100 miliardi di pianeti potenzialmente abitabili. Invisibili per i nostri occhi, silenziosi per le nostre orecchie, eppure potrebbero essere lì fuori, più numerosi persino delle stelle.

Le speculazioni da fare, a questo punto, sono tante, più di quelle che facevamo già prima di questo piccolo ma fondamentale tassello della nostra conoscenza. Belle, affascinanti, rilassanti, coinvolgenti, logiche, plausibili, probabili… ma si tratta solo di speculazioni. Le faranno (anzi, le hanno già fatte) i ricercatori che hanno scoperto questi 4 nuovi pianeti, le farete voi lettori, le ho fatte e le sto facendo io, perché è una delle cose più belle di una scoperta scientifica che viene regalata al mondo. La scienza permette a tutti di sognare, senza limiti e senza distinzioni, senza guardare titoli di studi o luoghi geografici. Sono sogni straordinari e straordinariamente democratici.

L’importante è ricordare alla nostra mente che le nostre sono solo speculazioni e che la realtà, benché ci sembri abbastanza delineata, ha sempre bisogno di essere provata. Sono ancora molti i punti interrogativi che ruotano attorno a questo sistema planetario, tra cui il più importante riguarda la stella. Non è un astro simile al Sole ma una nana rossa molto fredda, oltre 10 volte meno massiccia del Sole, con un'emissione spostata nell'infrarosso e migliaia di volte meno intensa di quella solare. Questa stella è tanto debole che pur trovandosi a 39 anni luce da noi, nella costellazione dell'Acquario, brilla di magnitudine 19, 150 mila volte più flebile dell'astro più debole che i nostri occhi riescono a scorgere nel cielo. Scordiamoci quindi di immaginare un sistema simile al nostro, perché quei pianeti, per essere nella zona di abitabilità, devono orbitare molto stretti, con periodi di rivoluzione dell’ordine dei giorni. Il più interno, infatti, impiega solo un giorno e mezzo a ruotare attorno alla stella, mentre il più esterno, considerato un mondo ghiacciato, poco più di 12. Cosa succede se, come si pensa, questi possiedono un periodo di rotazione uguale a quello di rivoluzione e mostrano quindi sempre la stessa faccia alla propria stella? Saranno comunque abitabili? E come potrebbe presentarsi un corpo celeste del genere?

TRAPPIST-1: un sistema planetario molto diverso dal nostro. La stella è una piccola nana rossa con circa l'8% della massa del Sole e grande quanto Giove. Tutti i pianeti si trovano ben più all'interno dell'orbita di Mercurio intorno al Sole e sono così vicini gli uni agli altri che da uno di questi si potrebbe vedere il disco e le nubi del vicino. Sembra più simile al sistema di satelliti di Giove, eppure ben tre pianeti sono dentro la zona di abitabilità, quindi potenzialmente simili alla Terra. Crediti dell'illustrazione: NASA and JPL/Caltech.

Ricordate allora ciò che diceva il grande Carl Sagan: affermazioni straordinarie richiedono prove altrettanto straordinarie. Io aggiungerei che in un campo tanto importante e allo stesso tempo difficile da indagare come quello della vita extraterrestre, le prove straordinarie si costruiscono poco a poco, mattone su mattone. La prova straordinaria è uno splendido palazzo che stiamo tirando su con estrema fatica sin dal 1995, quando scoprimmo il primo pianeta extrasolare attorno a una stella simile al Sole. Questa è stata una bella pietra, forse un intero piano; bisogna ora vedere quanto è distante il tetto del nostro palazzo e questo ce lo dirà il prossimo futuro e la prossima generazione di telescopi.

Per compiere una grande impresa serve pazienza, in ogni ambito della vita. Pazienza e dedizione, a volte per anni. Ma stiamo pur sicuri che prima o poi i nostri sforzi verranno premiati; prima o poi potremo rispondere con certezza alla domanda che ci assilla da tempo immemore: siamo soli nell'Universo?

Press release NASA: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-telescope-reveals-largest-batch-of-earth-size-habitable-zone-planets-around

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