JWST e la ricerca di pianeti extrasolari

Dopo il lancio della sonda Kepler , gli astronomi si stanno avvicinando sempre più alla scoperta di pianeti extrasolari . Ma se un giorno scopriremo una Terra aliena, la domanda successiva sarà: Quel pianeta è abitabile? Possiede un'atmosfera come quella terrestre? Rispondere a quelle domande certamente non sarà facile tuttavia il telescopio spaziale di nuova generazione, cioè il James Webb Space Telescope (JWST) , il cui lancio in orbita è previsto per il 2013, sembra lo strumento più adatto per fornirci quelle risposte. 

Due ricercatori hanno studiato le capacità esplorative del telescopio spaziale JWST al fine di analizzare le eventuali atmosfere di pianeti extrasolari di tipo terrestre e hanno trovato che il futuro telescopio spaziale sembra abbia la capacità di distinguere e rivelare alcuni gas caratteristici, chiamati bioindicatori, come l'ozono  e il metano . "Grazie al suo grande specchio e alla sua posizione in orbita, il telescopio spaziale JWST fornirà agli astronomi la prima vera possibilità di trovare le risposte sul fatto che quel pianeta sia o meno abitabile", affermano Lisa Kaltenegger  del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics  e Wesley Traub  del Jet Propulsion Laboratory . "Dovremo essere molto fortunati ad analizzare i dati sull'atmosfera dei pianeti extrasolari durante un transito così che potremo affermare, o meno, che si tratti di un pianeta appunto come la Terra", dice Kaltenegger. "Dobbiamo seguire almeno centinaia di transiti che riguardano stelle che si trovano a circa 20 anni-luce da noi. Sebbene sia complicato, sarà comunque una sfida incredibile poter studiare l'atmosfera di pianeti così distanti", dice Kaltenegger. Durante un transito, cioè quando un pianeta passa di fronte alla sua stella, i gas dell'atmosfera assorbono una piccola frazione della luce stellare, lasciando perciò delle tracce specifiche per ogni gas. Se si scompone la luce nel suo spettro , gli astronomi sono in grado di osservare eventuali bioindicatori. Di fatto, i due ricercatori hanno cercato di verificare se il telescopio JWST possa effettivamente rivelare quelle tracce. Se, ad esempio, la Terra avesse le dimensioni di un pallone da calcio, l'atmosfera apparirebbe così sottile, come un foglio di carta, che il segnale registrato dagli strumenti sarebbe veramente esiguo. In più c'è da dire che questa tecnica funziona solo quando il pianeta si trova proprio di fronte alla sua stella e la durata dell'evento è di almeno alcune ore.

Kaltenegger e Traub hanno considerato inizialmente un pianeta extrasolare come la Terra in orbita attorno ad una stella come il Sole . Per ottenere un buon segnale durante un transito, sia il pianeta che la stella dovrebbero trovarsi alla minima distanza dalla Terra. Inoltre, essi hanno considerato esopianeti in orbita attorno a stelle nane rosse . Queste stelle, di classe spettrale M, sono le più comuni nella Via Lattea , ancora più comuni delle stelle gialle di tipo spettrale G , come il nostro Sole. In più, esse sono più fredde e più deboli del Sole, così come sono di dimensioni più piccole, perciò rendono la ricerca più facile. C'è da dire che l'eventuale pianeta potrebbe orbitare così vicino alla nana rossa al punto da trovarsi ad una temperatura tale da permettere l'esistenza di acqua allo stato liquido. Come risultato, il pianeta avrebbe un periodo orbitale molto rapido e ogni transito potrebbe durare da almeno un paio d'ore ad alcuni minuti. Tuttavia potremmo osservare più transiti in un determinato intervallo di tempo e di conseguenza gli astronomi avrebbero più possibilità di analizzare l'atmosfera del pianeta sommando più segnali per ogni transito. Nel caso invece di un pianeta extrasolare in orbita attorno ad una stella di tipo solare potrebbe transitare con un periodo di tempo pari a circa 10 ore anche se una volta all'anno. Questo significa che accumulare 100 ore di osservazioni durante gli eventi richiederebbe almeno 10 anni. Nel caso della stella nana rossa, il transito impiegherebbe circa 1 ora ogni 10 giorni, perciò 100 ore di osservazioni richiederebbero meno di tre anni. "Le stelle nane rosse al momento offrono la possibilità migliore per studiare l'esistenza di eventuali bioindicatori nelle atmosfere dei pianeti extrasolari", afferma Kaltenegger. "Ma anche l'analisi diretta dei fotoni provenienti dalla luce riflessa dallo stesso pianeta potrebbe essere un metodo efficiente per studiare le atmosfere dei pianeti extrasolari", dice Traub.

Forse tra qualche anno il sistema di Alpha Centauri  potrebbe rivelare la presenza di un pianeta di tipo terrestre che nessuno ha finora osservato. In questo caso, agli astronomi occorrerebbero solo alcuni eventi di transito per analizzare l'atmosfera del pianeta e confermare per la prima volta l'esistenza del primo pianeta gemello della Terra.