Vagabondi dello spazio

Grazie allo studio del nostro sistema solare e delle stelle in formazione, sappiamo che i pianeti nascono dagli “avanzi” della porzione di nebulosa che, collassando sotto il suo stesso peso, ha dato origine alla stella stessa. È la nascita di una astro a fornire l’innesco alla formazione dei pianeti che l’accompagnano.

Perché, dunque, dovrebbero esistere dei pianeti che vagano da soli nella Galassia?

Ci sono due modi attraverso cui un pianeta può diventare pianeta interstellare (free-floating planet). Può formarsi attorno ad una stella, ed essere poi catapultato lontano da essa; un fenomeno che si pensa possa avvenire attorno a stelle multiple, che tenderebbero a strapparsi i pianeti una con l’altra, oppure per gli effetti gravitazionali di pianeti molto grandi, come il nostro Giove,  teoricamente in grado di catapultare lontano dal Sole anche piccoli pianeti, come la Terra. In alternativa, è possibile che essi si formino spontaneamente all’interno delle stesse nebulose entro cui si originano le stelle.

Fin qui la teoria. In realtà i pianeti orfani esistono veramente?

A caccia di oggetti piccoli e bui.

Un pianeta non produce luce per conto proprio. Possiamo vedere i pianeti del nostro sistema solare perché sono illuminati dal Sole ma un pianeta orfano non ha una stella che lo illumina, perciò, per quanto grande possa essere, non si può vederlo direttamente.

Esiste però un altro modo per accorgersi della loro presenza, ma per capire il sistema usato dagli astronomi per individuare i pianeti interstellari, dobbiamo fare un piccolo salto indietro, fino agli anni ‘20 del secolo scorso, quando Albert Einstein metteva a punto la sua Teoria della Relatività Generale.

La luce, lo spazio e la massa.

Tra le previsioni più o meno strane di questa teoria – tutte puntualmente verificate – vi è quella secondo cui qualunque oggetto dotato di massa non solo è in grado di attrarre tutti gli altri con una forza, quella di Gravitazione Universale, già descritta da Isaac Newton alla fine del 1600, ma è anche in grado di deviare il percorso dei raggi luminosi che gli passano vicino.

A rigore, questo fenomeno è dovuto alla deformazione dello spazio prodotta dalla massa dell’oggetto, ma per quello che servirà qui non c’è bisogno di entrare nei dettagli; potremo tranquillamente pensare che i fotoni stessi, le particelle che compongono la luce, siano attratti dalla forza di gravità. È una semplificazione molto grossa, ma sufficiente per i nostri scopi.

Siccome un corpo devia i raggi luminosi che gli passano vicino, esso si comporta un po’ come una lente; infatti gli astronomi chiamano questo fenomeno lente gravitazionale (gravitational lens). Sono state individuate moltissime lenti gravitazionali, e da anni vengono usate per studiare gli oggetti più lontani dell’universo, come i quasar e le prime galassie formatesi subito dopo il big-bang. Le lenti gravitazionali osservate comunemente, però, sono prodotte dall’enorme massa di intere galassie o addirittura da ammassi di galassie.

 Microlenti di casa nostra.

Anche un pianeta, nel suo piccolo, può generare una lente gravitazionale se passa proprio davanti a una stella, in questo caso gli astronomi chiamano il fenomeno microlente gravitazionale (gravitational microlensing), un fenomeno molto più difficile da osservare rispetto a quelli imponenti prodotti da galassie e ammassi di galassie. ma è proprio ciò a cui hanno dato la caccia Takahiro Sumi dell’università di Osaka, in Giappone, e i suoi colleghi, che hanno pubblicato i loro risultati a maggio del 2011.

Grazie a due moderni telescopi, in Nuova Zelanda e in Cile, hanno potuto osservare qualcosa come 50 milioni di stelle della nostra Galassia, scoprendo 474 fenomeni di microlensing. I pianeti interstellari non sono l’unica possibile origine delle microlenti, infatti solo 10 di questi eventi sono riconducibili con ragionevole certezza al passaggio di un pianeta orfano di fronte a una stella.

Dieci può sembrare un numero molto piccolo, ma non lo è, perché le stelle, per quanto numerose, occupano una frazione minuscola della superficie della volta celeste. Le probabilità che uno di questi pianeti passi esattamente davanti a una stella sono davvero ridotte, per cui, facendo le dovute proporzioni, quei dieci passaggi significano che nella nostra galassia devono esistere un numero di pianeti orfani pari al doppio del numero di stelle. La storia, però, non finisce qui.

Caccia ai piccoli orfani.

Rilevare il piccolo effetto gravitazionale prodotto dalla massa di un pianeta non è facile. Gli strumenti a disposizione di Sumi e colleghi, pur essendo all’avanguardia, hanno permesso di osservare solo le microlenti prodotte da pianeti grandi come il nostro Giove, o di più. Nulla sappiamo sul numero dei pianeti più piccoli.

Per colmare questo vuoto un gruppo di ricercatori del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) ha provato a stimare, su basi teoriche, il numero totale di pianeti orfani, grandi e piccoli, arrivando ad una cifra incredibile: essi sarebbero 100.000 volte più numerosi delle stelle!

Si tratta di una stima teorica, bisognosa di conferme osservative, che potrebbero arrivare da alcuni dei nuovi telescopi che dovrebbero entrare in funzione dopo il 2020.

La vita, il sole e i vulcani.

Per capire quali importanti conseguenze possa avere un numero così spropositato di pianeti interstellari dobbiamo per prima cosa tornare sulla Terra.

L’interno del nostro pianeta è caldo, così caldo che la metà più profonda è fusa, e già a un centinaio di chilometri di profondità, temperatura e pressione sono tali da rendere le rocce in certa misura fluide. Il calore interno del nostro pianeta è originato dal decadimento degli isotopi radioattivi contenuti all’interno delle rocce. Il calore così prodotto fuoriesce in corrispondenza delle zone in cui la crosta terrestre è più sottile: le dorsali oceaniche. Qui il magma proveniente degli strati più profondi affiora attraverso delle spaccature, spingendo lateralmente la crosa terrestre e mettendo in moto quei lenti movimenti che sono all’origine di terremoti e catene montuose. Il calore interno del nostro pianeta è il motore che provoca fenomeni geologici ben noti, dai vulcani alla deriva dei continenti (tettonica a zolle).

In particolare, ciò che interessa a noi sono proprio le dorsali oceaniche. Per avere un’idea di cosa accade sul fondo degli oceani, in corrispondenza di queste fratture, immaginate l’Islanda: un territorio costellato di vulcani, sorgenti idrotermali, geyser e quant’altro, e trasportatelo sul fondo dell’oceano.

Ebbene, laggiù, nelle profondità oceaniche, vicino a vulcani e gyser sottomarini – in un ambiente che può sembrare tutt’altro che ospitale – vivono comunità di organismi più o meno complessi che, per la verità, conosciamo ancora poco. Sappiamo però che ricavano buona parte di ciò di cui hanno bisogno proprio dal calore e dalle sostanze chimiche rilasciate dalle dorsali oceaniche. Su questi fondali la luce del Sole, infatti, non arriva e questo rende particolarmente interessanti gli ecosistemi che si formano in queste zone, dette hydrothermal vents.

Vita oltre la Terra

La vita, così come la conosciamo, dipende dalla luce del Sole. Sono gli organismi fotosintetici – siano essi piante, alghe o batteri – a recuperare l’anidride carbonica prodotta da tutti gli altri organismi e riconvertirla in composti organici, liberando ossigeno. Senza i processi fotosintetici il ciclo della vita sul nostro pianeta si fermerebbe.

Gli organismi che popolano le hydrothermal vents non hanno a disposizione la luce del Sole. Essi dipendono anche dall’approvvigionamento di sostanze organiche che proviene dagli organismi morti negli strati più superficiali dell’oceano e che si depositano sul fondo, ma l’esistenza di ecosistemi che beneficiano della luce solare solo in modo così indiretto, suggerisce che possano esistere ecosistema in grado di sostenersi grazie alla sola energia messa a disposizione dalle sorgenti idrotermali stesse, senza dipendere dalla luce di una stella.

Se questa possibilità fosse confermata, il numero di corpi celesti potenzialmente adatti ad ospitare la vita aumenterebbe enormemente. Non sarebbe più strettamente necessario un pianeta delle giuste dimensioni, che orbiti attorno a una stella di dimesioni adatte, ad una distanza adeguata. Se l’attività geotermica può essere sufficiente a mantenere un ecosistema, praticamente qualunque corpo celeste che conservi del calore al suo interno potrebbe ospitare la vita, compresi i grossi satelliti dei pianeti giganti, come Europa e Ganimede – che orbitano attorno a Giove – o Titano ed Encelado – che orbitano attorno a Saturno. Compresi, quindi, anche i pianeti orfani.

Anch’essi infatti rientrerebbero tra i candidati ad ospitare la vita, sia nel caso in cui siano abbastanza grandi da aver conservato calore sufficiente, sia che si tratti di lune in orbita attorno a pianeti giganti, magari molto più grandi di Giove, la cui attività geotermica è garantita dalle deformazioni causate dagli effetti mareali del pianeta stesso, come accade per alcune delle lune di Giove e di Saturno.

Fuori dal sistema solare, l’elenco di pianeti potenzialmente adatti alla vita potrebbe quindi diventare così grande da far pensare che la vita fotosintetica – quella che conosciamo, che dipende dalla luce di una stella per esistere – possa essere l’eccezione anziché la regola.

Al di là delle speculazioni teoriche, però, ciò che abbiamo in mano al momento è ancora molto poco. Lo studio delle lune di Giove e Saturno è solo agli inizi, e prima di una quindicina d’anni almeno non avremo modo di sapere davvero quanti pianeti interstellari esistono nella nostra Galassia né se siano abbastanza grandi da avere un’attività geotermica. Inoltre, studiare in dettaglio gli ecosistemi dei fondali oceanici è molto difficile, per cui non abbiamo affatto la certezza che sia davvero possibile l’esistenza di un ecosistema dipendente esclusivamente dall’energia geotermica.

La ricerca continua, sia qui sulla Terra, con lo studio delle hydrothermal vents e degli strani organismi che le abitano, sia nello spazio, sulle lune di Giove e di Saturno e molto più in là, dando la caccia ai misteriosi vagabondi dello spazio.

Links:

http://news.stanford.edu/news/2012/february/slac-nomad-planets-022312.html

http://www.astrobio.net/pressrelease/4592/galaxy-may-swarm-with-nomad-planets

Informazioni su WorldsOutsideReality

«Hold faithfulness and sincerity as first principles. Have no friends not equal to yourself. When you feel you have faults, do not hesitate to correct yourself.» (Confucius; Analects, 9.25)

Pubblicato il 1 marzo 2012, in Astronomia, Parlando di scienza con tag , , , , , , , , , , , , , . Aggiungi il permalink ai segnalibri. Lascia un commento.

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