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L'importanza di Kepler

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L'unicità di Kepler 452b ([wiki][1])

Luglio 2015 è stato un mese memorabile per la scienza fisica e astronomica. Il 14 New Horizon, il veicolo più veloce lanciato dall’uomo, a 50 mila km/h ha centrato le orbite del sistema di Plutone dopo quasi 10 anni di viaggio, e inviato a casa una bellissima cartolina e un mare di dati interessantissimi. Lo stesso giorno il gruppo LHCb ruba il palcoscenico annunciando al mondo la scoperta del pentaquark, un esotico stato di materia composto da 5 quark, anzichè i soliti 2 o 3, teorizzato nel ‘64 da Gell-Mann. Anche la Fisica Nucleare mette in campo quello che, secondo me (anche se sono in conflitto di interesse 😉 ), è una delle più interessanti proposte per valutare quantitativamente il salto fra teorie fondamentali e teorie efficaci di cui parlavo. Come gia’ accennato, questo è uno dei più grandi problemi aperti nella fisica a molti corpi, e nella fisica nucleare in particolare (spero di parlarvene presto, commentate per sollecitarmi!). La NASA a finemese risponde con l’annuncio della scoperta di Kepler 452b, un pianeta unico nel suo genere.

Si son fatte molte polemiche sulla rilevanza di questa scoperta (soprattutto alcune ben poco sensate, spesso sbagliando persino il nome del pianeta chiamandolo Kepler 425b, poi si sa che i somari si copiano a vicenda), in parte stimolate da un annuncio confuso e inquinato da bizzarrie. Come ogni volta che si parla di esopianeti, la fantasia corre libera.

Kepler 452b è però unico fra gli esopianeti ora scoperti, e le polemiche che lo vedono “uno fra tanti” e l’annuncio come sensazionalismo sono sostanzialmente infondate. Innanzitutto, non sono poi così tanti i pianeti rocciosi o candidati tali, al momento gli esopianeti rocciosi confermati che potrebbero essere abitabili sono solo 31. Quindi ogni aggiunta è in se stessa da festeggiare e meritevole di attenzione. Al momento la statistica è ancora magra: come ben sanno gli appassionati, il numero magico dopo il quale si può parlare di _statistica _è giocolarmente 30, 36 o 42 a seconda del campione che si ha a disposizione e se si chiedono nuovi fondi per allargarlo.

Ma in questo caso ancor di più. Come si vede dall’immagine sopra che confronta i pianeti rocciosi scoperti con 452b, quest’ultimo è in una condizione unica: Kepler 452b è l’unico esopianeta pianeta non gassoso a oggi scoperto che risiede nella fascia di abitabilità di una stella di classe G, ovvero della stessa classe del Sole.

Tutti gli altri 30 esopianeti a oggi confermati risiedono nella fascia di abitabilità di stelle più piccole del Sole, quindi sono molto più vicine alla loro Stella e ricevono energia di temperatura e tipologia differente. Questo ne potrebbe determinare conformazioni e strutture molto diverse dalla Terra. Nonostante i parametri di massa e raggio di altri pianeti possano essere più simili ai nostri rispetto a Kepler 452b (che ricordo avere un raggio 1.6 volte quello Terrestre ± 0.2, e una massa di 5 volte ± 2; considerando questi parametri, la probabilità che sia roccioso è fra il 50 e il 60%), quest’ultimo è l’unico candidato, al momento, che potrebbe illuminarci sul comportamento di un altro pianeta roccioso gravitante attorno a una stella simile al Sole, ricevendo un quantitavo di energia molto simile alla nostra.

Il motivo per cui le ricerche sugli esopianeti sono importanti, e l’eccezionale missione Kepler in particolare, consiste nel fatto che noi non sappiamo esattamente quanto sia probabile e quali siano le condizioni necessarie per avere pianeti come la Terra, in sistemi come quello Solare.

Ad occhi inesperti, questo può sembrare un problema banale. Considerata la nostra esistenza, potremmo essere portati a pensare che la condizione del Sistema Solare sia molto comune lungo la Galassia, ma non è così.

L’ipotesi fondamentale sulla formazione dei sistemi stellari e' quella di Kant-Laplace, la quale prevede la formazione dei pianeti a partire da aggregati nebulari di gas attorno alle stelle. Tuttavia i modi e i metodi con cui nello specifico la Terra si sia formata, e la probabilità che possano formarsi pianeti simili, sono tutt’altro che conosciuti. Se alla fine si parte sempre da una nebulosa uniforme, come si arriva alla formazione di pianeta roccioso come la Terra nella fascia abitabile, anzichè un pianeta molto più pesante o molto più leggero o una fascia di asteroidi come quella fra Marte e Giove? Quali sono le differenze fisiche fra le varie orbite che permettono questa varietà di corpi celesti?

Disco Protoplanetario di HL-Tauri, fotografato da ALMA.

Disco Protoplanetario di HL-Tauri, fotografato da ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Notare la stratificazione e le aree progressivamente piu' calde nei pressi della Stella.

La nebulosa di gas e particelle dei sistemi solari primordiali, si deve stratificare inizialmente in dischi protoplanetari con un processo che è molto sensibile alle caratteristiche della stella originaria: il vento solare della Stella riscalda e respinge le molecole più leggere della nebulosa verso l’esterno, la forza centrifuga fa l’opposto, e l’attrazione gravitazionale unita ai meccanismi idrodinamici contribilanciano questa spinta attirando la materia nei cerchi più interni.  In questo modo la nebulosa si stratifica a seconda del peso specifico ed equilibri di pressione formano i dischi protoplanetari.
Successivamente, a causa di meccanismi statistici, idrodinamici, guidati sempre dall’attrazione gravitazionale, iniziano a formarsi grani, asteroidi e i planetesimali (piccoli frammenti di pianeta dai 100 m ai 10 km di diametro), i quali accrescono la materia del disco protoplanetario mentre orbitano attorno alla stella e collidendo fra loro. I planetesimali si uniscono e si fondono poi in frammenti sempre più grossi fino a formare pianeti e satelliti, oppure rimanere fasce di asteroidi, a seconda degli equilibri delle forze gravitazionali in gioco.

Sebbene questa narrativa sia accetata da lungo tempo, le stime quantitative sono tutt’altro che fissate. Ad esempio, fino a pochi anni fa non si conosceva quantitativamente il ruolo che i giganti gassosi hanno nello stabilizzare le orbite dei sistemi di pianeti, ma oggi sappiamo molto meglio che senza Giove e Saturno, la Terra non si sarebbe potuta formare, in quanto mancherebbe la stabilità necessaria affinchè avvenga il processo descritto di accrescimento dei planetesimali.
Inoltre ora capite benissimo quanto fondamentale sia la stella e il suo vento Solare, dato che l’equilibrio fra le forze stellari filtra le molecole che rimangono in quella zona. E' evidente per quale motivo è molto più facile (e probabile) avere pianeti rocciosi vicino a stelle nane, piuttosto che a stelle di classe Solare, e come la composizione possa variare molto a seconda della stella progenitrice. La domanda che consegue e': quanto è probabile la formazione di un pianeta date certe condizioni stellari, e quanto è sensibile la composizione di tale pianeta a quelle condizioni? La risposta non e' ancora ben chiara, perchè non abbiamo ancora trovato altri pianeti come 452b e dobbiamo studiare ancora tanto! In sostanza, quindi, capite quanto inaspettata e fondamentale sia la scoperta di Kepler 452b, nonostante che non potremo andarci tanto presto (e neppure fotografarlo)…

Insomma, è la scoperta di Kepler 452b e sono i pianeti di “tipo” 452b a dare un’idea delle condizioni Terrestri sotto molti punti di vista, più che tutti gli altri messi assieme, e potenzialmente fornire i numeri da inserire nell'equazione di Drake. Sebbene 452b non sia il primo esopianeta scoperto, nè il più simile alla Terra riguardo a massa e raggio, lo è sotto quelli più importanti per lo studio dell’evoluzione dei sistemi stellari, e potenzialmente della presenza di acqua e vita pregressa. Questa idea ha fatto si che un confuso comunicato sul pianeta potenzialmente abitato venisse rilasciato e facesse il giro del mondo.

Ancora più fondamentale è il discorso collegato al preambolo che si snocciola in congiunzione a questo mese di grandi scoperte, “a cosa serve la Scienza? A cosa serve spendere per la Scienza?”, ma magari ne parlerò più tardi (di nuovo, sollecitatemi!) e nel frattempo vi lascio con la summa del perchè la ‘più inutile ricerca’ è più utile di qualsiasi altra cosa.

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