Un pianeta che è candidato per essere abitato vivrà senza dubbio catastrofi ed eventi di estinzione su di esso. Se la vita deve sopravvivere e prosperare in un mondo, deve possedere le giuste condizioni intrinseche e ambientali per permetterlo. (NASA GODDARD SPACE CENTER VOLO)

Com'era quando si formarono i primi pianeti abitabili?

I primi pianeti erano solo gas. Il secondo includeva quelli rocciosi, ma la vita non era possibile. Ecco come ci siamo finalmente arrivati.

Qui nell'Universo oggi, i pianeti potenzialmente abitabili sono praticamente ovunque. La Terra potrebbe essere il modello per ciò che riteniamo abitabile, ma possiamo immaginare una grande varietà di circostanze molto diverse dalla nostra che potrebbero anche sostenere la vita a lungo termine.

Con il tempo arriviamo alla formazione della Terra, tuttavia, sono trascorsi più di 9 miliardi di anni da quando si è verificato il Big Bang. È irragionevolmente assurdo supporre che l'Universo abbia richiesto tutto quel tempo per creare le condizioni necessarie per l'abitabilità. Quando guardiamo la ricetta per un abitabile, potrebbero aver avuto origine molto prima. Gli ingredienti per la vita fanno parte del puzzle, ma non sono l'intera storia. Dobbiamo andare più in profondità per formare un pianeta abitabile.

Alcuni degli atomi e delle molecole trovati nello spazio nella nuvola di Magellano, come ripreso dallo Spitzer Space Telescope. La creazione di elementi pesanti, molecole organiche, acqua e pianeti rocciosi erano tutti necessari per avere anche la possibilità di accadere. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

La prima cosa di cui hai bisogno è il giusto tipo di stella. Potrebbero esserci tutti i tipi di scenari in cui un pianeta può sopravvivere attorno a una stella attiva e violenta e rimanere abitabile nonostante l'ostilità. Le stelle nane rosse, come Proxima Centauri, potrebbero emettere razzi e rischiare di spogliare l'atmosfera di un pianeta potenzialmente abitabile, ma non c'è ragione per cui un campo magnetico, un'atmosfera densa e una vita abbastanza intelligente da cercare rifugio durante un evento così intenso tutti potrebbero combinarsi per rendere un mondo del genere abitabile su una base sostenuta.

Ma se la tua stella ha una vita troppo breve, l'abitabilità è impossibile. La prima generazione di stelle, note come stelle della Popolazione III, non riesce in questo senso. Abbiamo bisogno che le stelle contengano almeno alcuni metalli (elementi pesanti oltre l'elio), o non vivranno abbastanza a lungo da consentire a un pianeta di diventare ospitale per la vita, il che ci mette già circa 250 milioni di anni dopo il Big Bang.

Le prime stelle e galassie nell'Universo saranno circondate da atomi neutri di (principalmente) gas idrogeno, che assorbe la luce delle stelle. Le grandi masse e le alte temperature di queste prime stelle aiutano a ionizzare l'Universo, ma senza elementi pesanti, la vita e i pianeti potenzialmente abitabili sono assolutamente impossibili. (NICOLE RAGER FULLER / FONDAZIONE NAZIONALE DELLA SCIENZA)

Supponendo che possiamo formare stelle di masse abbastanza basse da poter continuare a bruciare per miliardi di anni, il prossimo ingrediente di cui abbiamo bisogno è il giusto tipo di pianeta. Per quanto comprendiamo la vita, ciò significa che il mondo ha bisogno di:

  • un gradiente di energia, dove ha un input di energia non uniforme,
  • la capacità di mantenere un'atmosfera abbastanza sostanziosa,
  • acqua liquida in qualche forma sulla superficie,
  • e le giuste materie prime in modo che la vita, data la giusta confluenza di circostanze, possa sopravvivere e prosperare.

Un pianeta roccioso di dimensioni abbastanza grandi, che si forma con la giusta densità atmosferica e in orbita attorno al suo mondo alla giusta distanza, ha una possibilità. Dati tutti i pianeti che potrebbero formarsi attorno a una nuova stella e il numero astronomico di stelle formate in ciascuna galassia, queste prime tre condizioni sono facili da soddisfare.

30 dischi o pianeti protoplanetari, come immaginato da Hubble nella Nebulosa di Orione. Formare una stella con pianeti rocciosi attorno a loro è relativamente facile, ma crearne una con condizioni simili alla Terra in modi sottili ma importanti è molto più impegnativo. (NASA / ESA E L. RICCI (ESO))

L'orbita di una stella fornirà un gradiente di energia, come potrebbe orbitare un pianeta, avere una grande luna o semplicemente essere geologicamente attivo. Che si tratti di input solare o attività idrotermale / geotermica, un input di energia non uniforme è facile. Con abbastanza elementi in carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno e pochi altri, un'atmosfera sostanziale consentirà all'acqua liquida in superficie. I pianeti con queste condizioni dovrebbero esistere quando l'Universo ha appena 300 milioni di anni.

Un'illustrazione di un disco protoplanetario, in cui pianeti e planetesimi formano per primi, creando

Ma la barriera chiave che bisogna superare qui è quella di avere abbastanza di questi elementi più pesanti essenziali per la vita come la conosciamo sulla tavola periodica. E ciò richiede più tempo di quanto ci voglia semplicemente per costruire pianeti rocciosi con le giuste condizioni fisiche.

La ragione per cui hai bisogno di questi elementi è di abilitare le giuste reazioni biochimiche di cui abbiamo bisogno per avere processi vitali. In località alla periferia di grandi galassie, potrebbero essere necessari molti miliardi di anni affinché un numero sufficiente di generazioni di stelle viva e muoia per arrivare a quell'abbondanza necessaria.

La relazione tra dove si trovano le stelle nella Via Lattea e la loro metallicità, o la presenza di elementi pesanti. Le stelle entro circa 3000 anni luce dal disco centrale della Via Lattea, su una distanza di decine di migliaia di anni luce, hanno abbondanze estremamente simili al Sistema solare di elementi pesanti. Ma prima nella storia dell'Universo, devi avvicinarti al centro galattico di una galassia a spirale o nelle giuste posizioni di afflusso di un'ellittica altamente evoluta per trovare tali livelli di elementi pesanti. (ZELJKO IVEZIC / UNIVERSITÀ DI WASHINGTON / COLLABORAZIONE SDSS-II)

Ma nei cuori delle galassie, dove la formazione di stelle si verifica frequentemente, continuamente e dai resti riciclati delle precedenti generazioni di supernovae, nebulose planetarie e fusioni di stelle di neutroni, tale abbondanza può aumentare rapidamente. Anche nella nostra galassia, il cluster globale Messier 69 arriva fino al 22% del contenuto di elementi pesanti del nostro Sole quando l'Universo ha solo 700 milioni di anni.

Il cluster globulare Messier 69 è molto insolito per essere entrambi incredibilmente vecchi, con solo il 5% dell'era attuale dell'Universo, ma anche con un contenuto di metallo molto elevato, al 22% della metallicità del nostro Sole. (HUBBLE LEGACY ARCHIVE (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA COMMONS USER FABIAN RRRR)

Il centro galattico, tuttavia, è un luogo relativamente difficile per un pianeta da considerare abitabile oltre ogni ragionevole dubbio. Ovunque tu abbia stelle che si formano continuamente, hai una spettacolare serie di fuochi d'artificio cosmici. Scoppi di raggi gamma, supernovae, formazione di buchi neri, quasar e nuvole molecolari che collassano creano un ambiente che è, nella migliore delle ipotesi, precario per la vita e il sostentamento della vita.

Per avere un ambiente in cui possiamo affermare con sicurezza che la vita sorge e si mantiene, abbiamo bisogno che questo processo abbia una fine improvvisa. Abbiamo bisogno di qualcosa per fermare la formazione stellare, che a sua volta mette il kibosh sull'attività che più minaccia l'abitabilità di un mondo. Ecco perché i primi e più sostenibili pianeti abitabili potrebbero non essere in una galassia come la nostra, ma piuttosto in una galassia rossa e morta che ha smesso di formare stelle miliardi di anni fa.

I gruppi di galassie, come Abell 1689, sono le più grandi strutture legate nell'Universo. Quando le spirali si fondono, ad esempio, si forma un gran numero di nuove stelle, ma dopo la fusione o accelerando attraverso il mezzo intragruppo, il gas può essere rimosso, portando alla fine della formazione stellare. (NASA, ESA, E. JULLO (LABORATORIO DI PROPULSIONE JET), P. NATARAJAN (UNIVERSITÀ YALE) E J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, FRANCIA))

Oggi, quando guardiamo le galassie, circa il 99,9% di esse ha ancora popolazioni di gas e polvere, che porteranno a nuove generazioni di stelle e alla formazione costante e costante di stelle. Ma circa 1 su 1000 galassie hanno smesso di formare nuove stelle circa 10 miliardi di anni fa o più. Quando il loro combustibile esterno si esaurì, il che potrebbe verificarsi a seguito di una catastrofica fusione galattica importante, la formazione stellare si interrompe bruscamente. Senza la formazione di nuove stelle, quelle più massicce e più blu semplicemente finiscono la loro vita quando finiscono i carburanti, lasciando le stelle più fredde e rosse come gli unici sopravvissuti. Queste galassie sono, oggi, conosciute come "galassie rosse e morte" di conseguenza, perché tutte le loro stelle sono stabili, vecchie e non ostacolate dalla violenza che porta la formazione di nuove stelle.

Uno di questi, la galassia NGC 1277, può anche essere trovato nel nostro relativo cortile cosmico.

La galassia

La ricetta per un pianeta abitabile, al più presto, potrebbe essere quella di

  • la forma è rapida,
  • ancora ed ancora,
  • in una regione molto densa di una grande galassia,
  • seguito da un'importante fusione,
  • provocando un enorme starburst,
  • seguito da una fine improvvisa alla formazione stellare che persiste per il futuro indefinito.

Questo potrebbe portarci su stelle e pianeti con abbondanti elementi pesanti simili al Sole in poco più di un miliardo di anni, dove la formazione stellare termina nel tempo in cui l'Universo ha appena un'ombra di meno di due miliardi di anni.

Arp 116, dominato dal gigantesco ellittico Messier 60. Senza grandi popolazioni di gas per formare nuove stelle, le stelle già esistenti nella galassia alla fine si esauriranno, lasciando non molto che possa illuminare i cieli dietro. Le galassie ellittiche ricche di metalli che esaurivano il carburante il più velocemente potrebbero essere i posti migliori in cui cercare i primissimi pianeti abitabili che sorgono nell'Universo. (TELESCOPIO SPAZIALE HUBBLE NASA / ESA)

È una stima estremamente rapida e ottimistica, ma oggi ci sono circa due trilioni di galassie nell'Universo, e quindi sicuramente esistono galassie che sono stranezze cosmiche e valori anomali statistici come questo. Le uniche domande che rimangono sono quelle dell'abbondanza, della probabilità e dei tempi. La vita può sorgere nell'Universo prima che venga raggiunta la soglia del miliardo di anni, ma un mondo sostenuto e continuamente abitabile è un risultato molto più grande di quello che la vita sta semplicemente sorgendo.

Nel tempo l'Universo ha un'ombra di meno di due miliardi di anni - solo il 13-14% della sua età attuale - dovremmo avere galassie in esso con stelle simili al Sole, pianeti simili alla Terra e niente per impedire alla vita di sorgere o sostenere. Gli ingredienti per la vita dovrebbero essere lì. Le condizioni per la vita come sappiamo dovrebbero essere lì. L'unico passo lasciato è quello che la scienza stessa non sa ancora come fare: dalle giuste condizioni e ingredienti per la vita agli organismi viventi reali.

Ulteriori letture su come era l'Universo quando:

  • Com'era quando l'Universo si stava gonfiando?
  • Com'è stato quando è iniziato il Big Bang?
  • Com'era quando l'Universo era al suo apice?
  • Com'era quando l'Universo ha creato per la prima volta più materia dell'antimateria?
  • Com'è stato quando gli Higgs hanno dato massa all'Universo?
  • Com'è stato quando abbiamo creato per la prima volta protoni e neutroni?
  • Com'è stato quando abbiamo perso l'ultimo antimateria?
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  • Com'è stato quando l'Universo ha creato per la prima volta gli atomi?
  • Com'era quando non c'erano stelle nell'Universo?
  • Com'è stato quando le prime stelle hanno iniziato a illuminare l'Universo?
  • Com'è stato quando sono morte le prime stelle?
  • Com'è stato quando l'Universo ha realizzato la sua seconda generazione di stelle?
  • Com'è stato quando l'Universo ha realizzato le prime galassie?
  • Com'è stato quando la luce delle stelle ha fatto irruzione per la prima volta negli atomi neutri dell'Universo?
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  • Com'era la prima volta che la vita nell'universo è diventata possibile?
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Starts With A Bang è ora su Forbes e ripubblicato su Medium grazie ai nostri sostenitori di Patreon. Ethan ha scritto due libri, Beyond The Galaxy e Treknology: The Science of Star Trek da Tricorders a Warp Drive.