La scoperta di un pianeta simile alla Terra a 4.000 anni luce di distanza nella Via Lattea fornisce un’anteprima di uno dei possibili destini del nostro pianeta tra miliardi di anni, quando il Sole si sarà trasformato in una nana bianca e la Terra, distrutta e congelata, sarà migrata oltre l’orbita di Marte.
Questo lontano sistema planetario, identificato dagli astronomi dell’Università della California, Berkeley, dopo osservazioni con il telescopio Keck da 10 metri alle Hawaii, assomiglia molto alle aspettative per il sistema Sole-Terra: è costituito da una nana bianca con una massa pari a circa la metà di quella del Sole e da una compagna delle dimensioni della Terra in un’orbita due volte più grande di quella attuale della Terra. Questo è probabilmente il destino della Terra. Il Sole si espanderà oltre l’orbita terrestre attuale, inghiottendo Mercurio e Venere. Nel processo di trasformazione in gigante rossa, la sua massa decrescente costringerà i pianeti a migrare verso orbite più distanti, offrendo alla Terra una piccola opportunità di sopravvivere più lontano dal Sole.
Alla fine, gli strati esterni della gigante rossa saranno spazzati via per lasciare dietro di sé una densa nana bianca non più grande di un pianeta, ma con la massa di una stella. Se la Terra sarà sopravvissuta entro quella data, probabilmente finirà in un’orbita doppia rispetto alle sue dimensioni attuali.
La scoperta, che verrà pubblicata questa settimana sulla rivista Nature Astronomy, racconta agli scienziati l’evoluzione delle stelle di sequenza principale, come il Sole, attraverso la fase di gigante rossa fino a una nana bianca, e come ciò influenzi i pianeti che le circondano.
Scenari del Sistema Solare tra miliardi di anni
Alcuni studi suggeriscono che per il Sole, questo processo potrebbe iniziare tra circa 1 miliardo di anni, vaporizzando alla fine gli oceani della Terra e raddoppiando il raggio orbitale della Terra, se la stella in espansione non inghiotte prima il nostro pianeta.
Alla fine, tra circa 8 miliardi di anni, gli strati esterni del sole si saranno dispersi, lasciando dietro di sé una palla densa e luminosa, una nana bianca, con una massa pari a circa la metà di quella del Sole, ma più piccola della Terra.
“Al momento non abbiamo un consenso sul fatto che la Terra potrebbe evitare di essere inghiottita dal sole gigante rosso in 6 miliardi di anni”, ha affermato il responsabile dello studio Keming Zhang, ex studente di dottorato presso l’Università della California, Berkeley, ora borsista post-dottorato Eric and Wendy Schmidt AI in Science presso l’UC San Diego. “In ogni caso, il pianeta Terra sarà abitabile solo per circa un altro miliardo di anni, dopodiché gli oceani della Terra verrebbero vaporizzati dall’effetto serra incontrollato, molto prima del rischio di essere inghiottiti dalla gigante rossa”.
Il pianeta sopravvissuto
Il sistema planetario fornisce un esempio di pianeta sopravvissuto, sebbene sia ben al di fuori della zona abitabile della debole nana bianca e difficilmente possa ospitare la vita. Potrebbe aver avuto condizioni abitabili a un certo punto, quando il suo ospite era ancora una stella simile al Sole.
“Non si sa se la vita possa sopravvivere sulla Terra durante quel periodo (di gigante rossa). Ma certamente la cosa più importante è che la Terra non venga inghiottita dal Sole quando diventa una gigante rossa”, ha affermato Jessica Lu, professore associato e presidente di astronomia presso l’UC Berkeley. “Questo sistema scoperto da Keming è un esempio di pianeta, probabilmente un pianeta simile alla Terra originariamente su un’orbita simile alla Terra, che è sopravvissuto alla fase di gigante rossa della sua stella ospite”.
La scoperta grazie all’effetto “lente gravitazionale”
Il lontano sistema planetario, situato vicino al rigonfiamento al centro della nostra galassia, ha attirato l’attenzione degli astronomi nel 2020 quando è passato davanti a una stella più distante e ha ingrandito la luce di quella stella di un fattore 1.000. La gravità del sistema ha agito come una lente per focalizzare e amplificare la luce della stella sullo sfondo. Il team che ha scoperto questo “evento di microlensing” lo ha soprannominato KMT-2020-BLG-0414 perché è stato rilevato dal Korea Microlensing Telescope Network nell’emisfero australe.
L’ingrandimento della stella sullo sfondo, anch’essa nella Via Lattea, ma a circa 25.000 anni luce dalla Terra, era ancora solo un puntino di luce. Tuttavia, la sua variazione di intensità nell’arco di circa due mesi ha permesso al team di stimare che il sistema comprendesse una stella con circa metà della massa del Sole, un pianeta con circa la massa della Terra e un pianeta molto grande con circa 17 volte la massa di Giove, probabilmente una nana bruna. Le nane brune sono stelle fallite, con una massa appena inferiore a quella richiesta per innescare la fusione nel nucleo.
L’analisi ha anche concluso che il pianeta simile alla Terra si trovava tra 1 e 2 unità astronomiche dalla stella, ovvero circa il doppio della distanza tra la Terra e il Sole. Non era chiaro che tipo di stella fosse l’ospite perché la sua luce si perdeva nel bagliore della stella di sfondo ingrandita e di alcune stelle vicine. Per identificare il tipo di stella, Zhang e i suoi colleghi, tra cui gli astronomi Jessica Lu e Joshua Bloom dell’UC Berkeley , hanno esaminato più da vicino il sistema di lenti nel 2023 utilizzando il telescopio Keck II da 10 metri alle Hawaii, dotato di ottica adattiva per eliminare la sfocatura dall’atmosfera. Poiché hanno osservato il sistema tre anni dopo l’evento di lente, la stella sullo sfondo che una volta era stata ingrandita 1.000 volte era diventata abbastanza debole da rendere visibile la stella di lente se fosse stata una tipica stella di sequenza principale come il sole, ha affermato Lu. Ma Zhang non ha rilevato nulla in due distinte immagini del Keck.
“Le nostre conclusioni si basano sull’esclusione degli scenari alternativi, poiché una stella normale sarebbe stata facilmente visibile”, ha detto Zhang. “Poiché la lente è sia scura che di bassa massa, abbiamo concluso che può essere solo una nana bianca”. “Questo è un caso in cui non vedere nulla è in realtà più interessante che vedere qualcosa”, ha affermato Lu, che ricerca gli eventi di microlensing causati dai buchi neri di massa stellare che fluttuano liberamente nella Via Lattea.
Il microlensing per studiare sistemi stellari
La scoperta fa parte di un progetto di Zhang volto a studiare più da vicino gli eventi di microlensing che mostrano la presenza di un pianeta, per comprendere quali tipi di stelle circondano gli esopianeti. “C’è anche un po’ di fortuna, perché ci si aspetterebbe che meno di una stella su 10 sottoposta a microlensing con pianeti sia una nana bianca”, ha affermato Zhang.
Le nuove osservazioni hanno inoltre permesso a Zhang e ai colleghi di risolvere un’ambiguità riguardante la posizione della nana bruna. “L’analisi originale ha mostrato che la nana bruna si trova in un’orbita molto ampia, come quella di Nettuno, o ben all’interno dell’orbita di Mercurio. I pianeti giganti su orbite molto piccole sono in realtà piuttosto comuni al di fuori del sistema solare”, ha detto Zhang, riferendosi a una classe di pianeti chiamati Giove caldi.
“Ma poiché ora sappiamo che sta orbitando attorno a un residuo stellare, questo è improbabile, poiché sarebbe stato inghiottito”. L’ambiguità della modellazione è causata dalla cosiddetta degenerazione del microlensing, in cui due distinte configurazioni di lenti possono dare origine allo stesso effetto di lente. Questa degenerazione è correlata a quella che Zhang e Bloom hanno scoperto nel 2022 utilizzando un metodo di intelligenza artificiale per analizzare le simulazioni di microlensing. Zhang ha anche applicato la stessa tecnica di intelligenza artificiale per escludere modelli alternativi per KMT-2020-BLG-0414 che potrebbero essere stati persi.
“Il microlensing si è trasformato in un modo molto interessante di studiare altri sistemi stellari che non possono essere osservati e rilevati con i mezzi convenzionali, vale a dire il metodo del transito o il metodo della velocità radiale”, ha affermato Bloom. “C’è un intero set di mondi che ora si stanno aprendo a noi attraverso il canale del microlensing, e ciò che è entusiasmante è che siamo sul punto di trovare configurazioni esotiche come questa”.
Uno degli scopi del telescopio Nancy Grace Roman della NASA, il cui lancio è previsto per il 2027, è misurare le curve di luce derivanti da eventi di microlensing per individuare esopianeti, molti dei quali richiederanno un follow-up utilizzando altri telescopi per identificare i tipi di stelle che li ospitano. “Ciò che serve è un attento follow-up con le migliori strutture del mondo, ovvero l’ottica adattiva e l’Osservatorio Keck, non solo un giorno o un mese dopo, ma molti, molti anni nel futuro, dopo che la lente si è allontanata dalla stella di sfondo, così da poter iniziare a disambiguare ciò che si sta vedendo”, ha affermato Bloom.
L’umanità potrebbe rifugiarsi nel sistema solare esterno
Zhang ha osservato che anche se la Terra venisse inghiottita durante la fase di gigante rossa del Sole tra un miliardo di anni circa, l’umanità potrebbe trovare rifugio nel sistema solare esterno. Diverse lune di Giove, come Europa, Callisto e Ganimede, ed Encelado attorno a Saturno, sembrano avere oceani di acqua ghiacciata che probabilmente si scongeleranno man mano che gli strati esterni della gigante rossa si espandono. “Quando il Sole diventerà una gigante rossa, la zona abitabile si sposterà attorno all’orbita di Giove e Saturno, e molte di queste lune diventeranno pianeti oceanici”, ha detto Zhang. “Penso che, in quel caso, l’umanità potrebbe migrare là fuori”.
