L'ossigeno sugli esopianeti non sempre significa presenza di vita

Nella ricerca della vita su altri pianeti, la presenza di ossigeno nell'atmosfera del pianeta è uno dei potenziali segni di attività biologica che potrebbero essere rilevati dai futuri telescopi. Il nuovo studio, tuttavia, descrive diversi scenari in cui un pianeta roccioso senza vita attorno a una stella simile al sole potrebbe evolversi per avere ossigeno nella sua atmosfera.

I nuovi risultati, pubblicati su AGU Advances, evidenziano la necessità di telescopi di nuova generazione in grado di caratterizzare l'ambiente planetario e cercare più linee di prova per la vita, oltre a rilevare l'ossigeno.

"Questo è utile perché mostra che ci sono modi per ottenere ossigeno in un'atmosfera senza vita, ma ci sono altre osservazioni che puoi fare per aiutare a distinguere questi falsi positivi dalla vita reale", ha detto l'autore dello studio Joshua Chrissansen. "Per ogni scenario, cerchiamo di dirti cosa dovrebbe fare il tuo telescopio per distinguere l'ossigeno normale dall'ossigeno biologico."

Nei prossimi decenni, forse entro la fine del 2030, gli astronomi sperano di avere un telescopio in grado di catturare immagini e spettri diretti di pianeti potenzialmente simili alla Terra attorno a stelle simili al sole.

Il coautore Jonathan Fortney, professore di astronomia e astrofisica e direttore del Other Worlds Laboratory presso l'UCLA, ha affermato che l'idea è di prendere di mira pianeti abbastanza simili alla Terra perché la vita sorga e caratterizzi la loro atmosfera. ...

"Ci sono state molte discussioni sul fatto che la ricerca di ossigeno sia un segno di vita" sufficiente "", ha detto. “Questo lavoro dimostra davvero la necessità di conoscere il contesto della tua scoperta. Quali altre molecole sono state trovate oltre all'ossigeno, o non sono state trovate, e cosa ti dice sull'evoluzione del pianeta? "

Ciò significa che gli astronomi avranno bisogno di un telescopio sensibile a un'ampia gamma di lunghezze d'onda per rilevare diversi tipi di molecole nell'atmosfera del pianeta.

I ricercatori hanno basato le loro scoperte su un modello computazionale dettagliato end-to-end dell'evoluzione dei pianeti rocciosi, partendo dalle loro origini fuse e attraversando miliardi di anni di cicli di raffreddamento e geochimici. Variando l'offerta iniziale di volatili sui loro pianeti modello, i ricercatori hanno ottenuto una gamma sorprendentemente ampia di risultati.

L'ossigeno può iniziare ad accumularsi nell'atmosfera del pianeta quando la luce ultravioletta ad alta energia scompone le molecole d'acqua nell'atmosfera superiore in idrogeno e ossigeno. L'idrogeno leggero preferibilmente fuoriesce nello spazio, lasciando dietro di sé l'ossigeno.

Altri processi possono rimuovere l'ossigeno dall'atmosfera. Ad esempio, il monossido di carbonio e l'idrogeno rilasciati durante il degassamento dalla roccia fusa reagiscono con l'ossigeno e anche gli agenti atmosferici della roccia assorbono ossigeno. Questi sono solo alcuni dei processi che i ricercatori hanno incorporato nel loro modello dell'evoluzione geochimica del pianeta roccioso.

"Se gestisci un modello per la Terra con quello che pensiamo fosse la fornitura iniziale di volatili, otterrai in modo affidabile lo stesso risultato ogni volta - senza vita, non stai ricevendo ossigeno nell'atmosfera", ha detto Joshua Chrissansen. "Ma abbiamo anche trovato diversi scenari in cui puoi ottenere ossigeno senza vita".

Ad esempio, un pianeta che è altrimenti simile alla Terra ma inizia con più acqua finirà per avere oceani molto profondi che esercitano un'enorme pressione sulla crosta. Ciò interrompe efficacemente l'attività geologica, compresi tutti i processi come lo scioglimento o l'alterazione delle rocce che rimuovono l'ossigeno dall'atmosfera.

Nel caso opposto, quando il pianeta inizia con relativamente poca acqua, la superficie magmatica del pianeta originariamente fuso può solidificarsi rapidamente fintanto che l'acqua rimane nell'atmosfera. Questa "atmosfera vaporosa" mette abbastanza acqua nell'atmosfera superiore per consentire all'ossigeno di accumularsi quando l'acqua si disgrega e l'idrogeno viene rilasciato.

"La sequenza tipica è che la superficie del magma si solidifica simultaneamente con la condensazione dell'acqua negli oceani sulla superficie", ha detto Joshua Chrissansen. “Sulla Terra, quando l'acqua si condensa sulla superficie, il tasso di perdita era basso. Ma se si mantiene un'atmosfera vaporosa dopo che la superficie fusa si è solidificata, c'è una finestra di circa un milione di anni in cui l'ossigeno può accumularsi, perché l'alta atmosfera ha un'alta concentrazione di acqua e non c'è superficie fusa per consumare l'ossigeno prodotto da il rilascio di idrogeno. "

Il terzo scenario, che potrebbe portare all'ossigeno nell'atmosfera, coinvolge un pianeta che è altrimenti simile alla Terra, ma inizia con un rapporto più elevato tra anidride carbonica e acqua.