La vita trova un modo (anche sulle nane M?)

Titolo: The High-Energy Radiation Environment Around a 10 Gyr M Dwarf: Habitable at Last?

Autori: Kevin France, Girish Duvvuri, Hilary Egan, et al.

Istituzione del primo autore: Università del Colorado, Boulder

Stato: Posted on arXiv (open access); Accepted to AJ (closed access)

Ci sono molte stelle là fuori nell’Universo, e una gran parte di queste sono nane M. Queste sono le stelle più piccole e più rosse, che arrivano per ultime nella sequenza dei tipi spettrali (O, B, A, F, G, K, e ultimo ma non meno importante: M). Bonus: dato che sono così piccole e fioche, è più facile trovare pianeti terrestri più piccoli intorno a loro! Dato che sono così abbondanti e che abbiamo una buona possibilità di sbirciare nelle loro zone abitabili, è logico che vogliamo pensare a come sarebbe la vita su un pianeta intorno a una nana M.

Ma c’è un problema. Le nane M sono anche note per essere stelle molto attive, che emettono un sacco di luce ultravioletta e raggi X che sono una cattiva notizia per la vita biologica. Questa attività stellare è così forte che guida la fuga atmosferica, spogliando questi pianeti rocciosi delle loro atmosfere, che sono fondamentali per l’abitabilità. La luce ultravioletta estrema (conosciuta come EUV o XUV) è particolarmente brava a spogliare un’atmosfera, e le giovani nane M ne emettono di più poiché passano più tempo nella loro fase di evoluzione della sequenza pre-main. Quindi, l’inizio della vita di queste stelle è estremo, rovinando le possibilità che un pianeta sia abitabile. E le nane M più vecchie? I pianeti intorno alle nane M potrebbero avere un rifacimento della loro atmosfera, guadagnando una “atmosfera secondaria” creata da gas rilasciati attraverso impatti o vulcani. Si ammorbidiscono con l’età, calmando tutte quelle radiazioni, rendendo possibile che questa atmosfera secondaria rimanga abbastanza a lungo per la vita?

Il documento di oggi cerca di rispondere a queste domande osservando una vecchia nana M vicina per la sua attività UV e X-ray, quindi calcolando cosa accadrebbe all’atmosfera di un pianeta simile alla Terra nella sua zona abitabile.

La ricerca dei killer dell’atmosfera

Gli autori hanno usato il telescopio spaziale Hubble (per le osservazioni UV) e l’osservatorio a raggi X Chandra per osservare la Stella di Barnard, una vecchia stella M vicina. La stella di Barnard si trova a soli 6 anni luce di distanza, il che la rende uno dei nostri vicini più vicini nello spazio. È grande solo il 16% del Sole, ma ha circa il doppio dell’età. È anche nota per ospitare una super-Terra fredda (circa -300°F!) di circa 3 volte la dimensione del nostro pianeta, scoperta con il metodo della velocità radiale.

La luminosità UV media della stella di Barnard è tra le più basse mai misurate per una nana M, ma emette ancora più XUV del Sole, come mostrato nella Figura 1. Hanno anche misurato un debole (ma non nullo) flusso di raggi X, anch’esso tra i più bassi osservati su una nana M. La stella di Barnard ha ancora emesso dei brillamenti con la stessa frequenza delle nane M più giovani, ma i brillamenti sulla stella più vecchia erano di minore intensità (comunque più intensi di una stella come il nostro Sole!). Un altro evento dannoso per l’atmosfera è la CME, o “coronal mass ejection”, che rilascia particelle ad alta energia dalla stella; gli autori hanno scoperto che questi eventi hanno energie simili ai brillamenti solari, ma sono molto più frequenti. C’è un avvertimento su questo però: Le nane M sono state teorizzate per avere campi magnetici più forti, che possono impedire alle CME di viaggiare lontano dalla stella e impattare i pianeti, quindi c’è un po’ di incertezza sull’effetto delle CME su un’atmosfera discussa qui.

Il verdetto sull’atmosfera

Ora che sappiamo un po’ di più sull’ambiente intorno a una vecchia nana M, cosa accadrebbe all’atmosfera di un pianeta? Gli autori hanno stimato la fuga atmosferica da un ipotetico pianeta simile alla Terra nella zona abitabile della Stella di Barnard che incontra questa radiazione ad alta energia osservata.

Prima, per assicurarsi che i loro modelli avessero senso, li hanno testati sul sistema Sole/Terra per vedere se potevano riprodurre ciò che osserviamo nel nostro sistema solare. Poi, sono passati ad esaminare la fuga termica e ionica dal nostro ipotetico pianeta. La fuga termica avviene quando le particelle sono abbastanza calde, e quindi si muovono abbastanza velocemente, da superare la velocità di fuga del pianeta. Intorno alla stella di Barnard, il nostro ipotetico pianeta perderebbe la sua atmosfera in circa 11 milioni di anni. Oppure, si può pensare che perda 87 volte l’atmosfera della Terra in un miliardo di anni (per il contesto, la Terra ha più di 4 miliardi di anni!).

Hanno anche esaminato la fuga di ioni, che è in realtà il modo principale in cui la Terra perde atmosfera. Questo è un po’ più complicato, poiché richiede un modello di interazione del plasma. Le loro simulazioni hanno mostrato che in uno stato normale, quiescente (non flare), la Stella di Barnard aumenta solo leggermente la fuga atmosferica rispetto alla Terra. Tuttavia, quando avviene un flare, c’è molta più perdita di atmosfera, come si vede nella figura 2. Una cosa da notare è che l’ipotetico pianeta qui non è magnetizzato; il magnetismo potrebbe fare la differenza, come fa sulla Terra, proteggendo da alcune di queste particelle ad alta energia. Il grande risultato è che la perdita atmosferica intorno alle vecchie nane M sarà dominata dai periodi di brillamento.

Può la vita trovare una via?

I brillamenti potrebbero effettivamente avere un effetto positivo sulla vita in un modo diverso. Altri lavori hanno dimostrato che i fotoni near-UV (NUV) potrebbero guidare la formazione di molecole precursori dell’RNA; la stella di Barnard ha un po’ meno radiazioni NUV di quelle necessarie per questo nel suo stato di quiete, ma il flaring potrebbe essere sufficiente a sostenere questi percorsi prebiotici. Inoltre, ora che sappiamo che i brillamenti potrebbero essere un problema per mantenere un’atmosfera, potremmo voler estendere la nostra ricerca di pianeti abitabili più lontano dalla stella; c’è la possibilità di una “zona abitabile estesa” più lontano dalla stella dove la radiazione è meno estrema!

Anche se sono meno attive, questo articolo ha dimostrato che anche le vecchie nane M possono perdere molta atmosfera, in particolare a causa dei brillamenti. Abbiamo ancora bisogno di saperne di più sui cicli di brillamento, poiché questo sembra essere un parametro chiave nella ritenzione atmosferica e nell’abitabilità delle nane M!