K2-18b: Indizi di Vita a 124 Anni Luce?

Oggi ci immergiamo in una delle storie più affascinanti dell'astronomia recente: la possibile scoperta di segni di vita su K2-18b, un pianeta lontano 124 anni luce da noi. Il potentissimo Telescopio Spaziale James Webb (JWST) ha puntato i suoi occhi verso questo mondo alieno, rivelando indizi chimici che hanno scatenato un acceso dibattito nella comunità scientifica. Si tratta davvero di vita extraterrestre o c'è un'altra spiegazione? Analizziamo insieme le prove, le controversie e cosa ci aspetta.

Ma cos'è esattamente K2-18b? Scoperto nel 2015 dalla missione Kepler , è un esopianeta che orbita attorno a una stella nana rossa, K2-18, più piccola e fredda del nostro Sole, nella costellazione del Leone. K2-18b è classificato come "sub-Nettuno" o "super-Terra": ha un raggio circa 2.6 volte quello terrestre e una massa 8.6 volte superiore , posizionandosi in una categoria di pianeti che non esiste nel nostro Sistema Solare.

La sua caratteristica più intrigante? Si trova nella "zona abitabile" della sua stella, quella regione né troppo calda né troppo fredda dove l'acqua liquida potrebbe esistere in superficie. Riceve una quantità di luce stellare paragonabile a quella terrestre (circa 1.28 volte) e ha una temperatura di equilibrio stimata intorno ai -8°C , anche se la temperatura effettiva dipende molto dall'atmosfera.

Già nel 2019, osservazioni con Hubble avevano suggerito la presenza di vapore acqueo , anche se questa interpretazione è stata poi dibattuta e messa in dubbio, con alcuni che suggerivano potesse trattarsi di metano. Più recentemente, nel 2023, JWST ha confermato la presenza di metano (CH4​) e anidride carbonica (CO2​) , le prime molecole a base di carbonio trovate nell'atmosfera di un esopianeta in zona abitabile.

Questi dati, uniti alla scarsità (o assenza) di ammoniaca (NH3​) , hanno portato all'ipotesi che K2-18b possa essere un "mondo Hycean" (da "hydrogen" e "ocean"). Si tratterebbe di un pianeta con un vasto e profondo oceano globale sotto un'atmosfera ricca di idrogeno. Ma attenzione, questa è solo un'ipotesi! Altri modelli suggeriscono che K2-18b potrebbe essere un mini-Nettuno gassoso senza una superficie definita , o addirittura, come ipotizzato da alcuni scienziati come Raymond Pierrehumbert, un mondo "infernale" con oceani di magma fuso, troppo caldo per la vita come la conosciamo. La sua grande massa potrebbe anche implicare un mantello interno di ghiaccio ad alta pressione, simile a Nettuno. Insomma, la vera natura di K2-18b è ancora un mistero.

Come facciamo a sapere cosa c'è nell'atmosfera di un pianeta così lontano? Usiamo una tecnica chiamata spettroscopia di trasmissione, e JWST è un maestro in questo. K2-18b è un pianeta "transitante": dal nostro punto di vista, passa periodicamente davanti alla sua stella. Durante questo transito, una piccola parte della luce stellare attraversa l'atmosfera del pianeta prima di raggiungerci.

Le molecole presenti nell'atmosfera assorbono specifiche lunghezze d'onda (colori) della luce, lasciando delle "impronte digitali" nello spettro luminoso che riceviamo. Analizzando quali colori mancano o sono attenuati, possiamo dedurre quali gas compongono l'atmosfera. JWST è particolarmente potente perché osserva nell'infrarosso, dove molte molecole interessanti (come CH4​, CO2​, H2​O e le molecole di cui parleremo tra poco) hanno forti segnali di assorbimento. Per K2-18b, sono stati usati diversi strumenti di JWST: prima NIRISS e NIRSpec nel vicino infrarosso (che hanno trovato CH4​ e CO2​ e un primo, debole indizio di DMS) , e poi MIRI nel medio infrarosso, che ha fornito i dati più recenti e intriganti.

Ed eccoci al cuore della notizia. Le osservazioni più recenti con lo strumento MIRI di JWST (nel range 6-12 micrometri) hanno rivelato caratteristiche spettrali che, secondo il team guidato da Nikku Madhusudhan dell'Università di Cambridge, sono meglio spiegate dalla presenza di dimetilsolfuro (DMS) e/o del suo parente chimico, il dimetildisolfuro (DMDS). Queste due molecole hanno firme spettrali simili in questa regione, quindi distinguerle nettamente è difficile con i dati attuali.

Perché è così importante? Perché sulla Terra, DMS e DMDS sono considerate forti "biosignature". La loro produzione nel nostro pianeta è legata quasi esclusivamente all'attività biologica, in particolare al metabolismo di microbi come il fitoplancton marino. Non conosciamo processi naturali non biologici (abiotici) che ne producano quantità significative sulla Terra.

Già le osservazioni del 2023 con NIRISS/NIRSpec avevano mostrato un "indizio" di DMS, ma con una significatività statistica bassa, circa 2 sigma (2σ). Questo significa una probabilità del 5% che fosse solo rumore casuale, troppo poco per una conferma. Le nuove osservazioni con MIRI, però, hanno rafforzato l'indizio, portando la significatività a circa 3 sigma (3σ). Questo riduce la probabilità di un falso allarme allo 0.3%, un segnale più robusto, anche se ancora sotto lo standard "aureo" dei 5 sigma (5σ), richiesto per una scoperta scientifica consolidata (probabilità casuale < 0.00006%). Il team riporta che lo spettro osservato è incompatibile con un modello senza queste molecole a 3.4σ.

Ma l'aspetto più sbalorditivo è la quantità stimata. Sulla Terra, le concentrazioni di DMS/DMDS sono bassissime (meno di 1 parte per miliardo, ppbv). Su K2-18b, le stime suggeriscono concentrazioni migliaia di volte superiori, potenzialmente oltre le 10 parti per milione (ppmv)! Una quantità enorme che solleva domande profonde.

L'Ipotesi Biologica: Un Oceano Alieno Pieno di Vita?

L'idea che DMS/DMDS su K2-18b indichino vita si basa sull'analogia terrestre. Se K2-18b è davvero un mondo Hycean, con un oceano globale sotto un'atmosfera di idrogeno, potrebbe fornire l'habitat perfetto per microbi simili al nostro fitoplancton. Modelli teorici precedenti avevano previsto che proprio su mondi Hycean, se ci fosse vita, gas come DMS/DMDS potrebbero accumularsi fino a livelli rilevabili. Le osservazioni sembrano quindi in linea con queste previsioni.

Inoltre, spiegare concentrazioni così elevate (oltre 10 ppmv) con processi non biologici noti è molto difficile. Servirebbero fonti abiotiche potentissime e continue, forse irrealistiche. Alcuni calcoli suggeriscono che per mantenere tali livelli servirebbe una produzione biologica circa 20 volte superiore a quella terrestre globale – un valore alto, ma forse non impossibile per un pianeta oceanico potenzialmente più caldo e produttivo. Quindi, per i sostenitori di questa interpretazione, un mondo Hycean brulicante di vita microbica è lo scenario che meglio si adatta ai dati attuali.

Prima di gridare "alieni!", la scienza impone di esaminare tutte le alternative abiotiche. E ce ne sono.

1. Fotochimica: La luce ultravioletta della stella, agendo su gas come metano (CH4​) e solfuro di idrogeno (H2​S, probabilmente presente anche se non rilevato direttamente), potrebbe creare DMS e altri composti organosolforati. Esperimenti in laboratorio lo hanno dimostrato. Tuttavia, i modelli attuali suggeriscono che le concentrazioni prodotte sarebbero probabilmente molto inferiori a quelle stimate per K2-18b. Inoltre, la stessa luce UV potrebbe distruggere rapidamente DMS/DMDS, producendo forse etano (C2​H6​), che però non è stato rilevato (finora).

2. Geochimica/Vulcanismo: Scariche elettriche (fulmini?) in atmosfere con H2​S e CH4​ possono produrre DMS (dimostrato già nel 1975!). Anche attività vulcanica o reazioni idrotermali (acqua calda e rocce) potrebbero rilasciare DMS o i suoi precursori. Se K2-18b fosse un mondo con oceani di magma, la chimica sarebbe ancora più complessa e potenzialmente favorevole alla produzione abiotica.

3. Origine Spaziale: Questa è una scoperta recente che complica le cose. Il DMS è stato trovato nella chioma della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e persino nel mezzo interstellare, vicino al centro della nostra galassia. Questo prova che esistono modi efficienti per creare DMS abioticamente nello spazio. Anche se l'impatto di comete potrebbe non bastare a spiegare le quantità su K2-18b , queste scoperte indeboliscono l'idea che il DMS sia una firma esclusiva della vita.

La sfida principale per le teorie abiotiche resta giustificare le quantità enormi stimate su K2-18b.

Come potete immaginare, la notizia ha scatenato un acceso dibattito. Molti scienziati sono entusiasti ma estremamente cauti. Ecco i principali punti di scetticismo:

• Significatività Statistica (Ancora Bassa): 3 sigma è promettente, ma non è 5 sigma. C'è ancora una possibilità (0.3%) che sia un caso o un errore. Scienziate come Laura Kreidberg e Caroline Morley hanno definito la rilevazione "tentativa" e "non sicura".

• Difficoltà della Misura: Stiamo parlando di misurare variazioni infinitesimali (meno dello 0.01%) della luce stellare. È al limite delle capacità persino di JWST. Errori strumentali (es. un pixel difettoso) o nell'analisi dei dati potrebbero creare segnali falsi.

• Ambiguità Molecolare: Anche se il segnale è reale, è davvero DMS/DMDS? Le firme spettrali di diverse molecole possono sovrapporsi. Potrebbe essere qualcos'altro che imita il DMS. Ricordiamo il caso del presunto vapore acqueo su K2-18b nel 2019, poi rivelatosi indistinguibile dal metano.

• Incertezze su K2-18b: Come detto, l'ipotesi Hycean non è l'unica. Il modello mini-Nettuno gassoso, proposto da Nicholas Wogan e altri, spiegherebbe i dati senza bisogno di un oceano o di vita. Questo modello eviterebbe anche problemi teorici come il rischio di un effetto serra incontrollato o la perdita di idrogeno. E c'è chi, come Pierrehumbert, dubita proprio dell'abitabilità, suggerendo che sia troppo caldo.

• DMS non più Unico?: Le scoperte di DMS abiotico su comete e nello spazio interstellare rendono più difficile considerarlo una prova inequivocabile di vita.

La stessa NASA e il team di Madhusudhan invitano alla prudenza: servono più dati.

La strada per una risposta definitiva è ancora lunga. Ecco cosa serve:

1. Più Osservazioni con JWST: È fondamentale ottenere più tempo di osservazione con JWST, specialmente con MIRI. L'obiettivo è raggiungere i 5 sigma per confermare (o smentire) il segnale. Si stima che potrebbero servire altre 16-24 ore di osservazione. Osservazioni più dettagliate potrebbero anche aiutare a distinguere DMS da DMDS e a cercare altre molecole chiave.

2. Modelli Migliori: Servono modelli atmosferici e climatici più sofisticati per K2-18b, che esplorino sia lo scenario Hycean che quello mini-Nettuno (o magma). Questi modelli devono basarsi su dati di laboratorio più precisi su come le molecole assorbono la luce (le cosiddette "sezioni d'urto") nelle condizioni specifiche di K2-18b.

3. Indagare le Vie Abiotiche: Bisogna continuare a studiare, in laboratorio e con modelli teorici, come DMS/DMDS potrebbero formarsi senza vita nelle condizioni di K2-18b, e soprattutto in quali quantità.

Una Finestra su Mondi Alieni

K2-18b è diventato un simbolo della nostra ricerca di vita nell'universo. La potenziale rilevazione di DMS/DMDS è incredibilmente intrigante e rappresenta forse "la prova più forte finora" , ma siamo ben lontani da una certezza. Le incertezze sono ancora troppe: la statistica, la difficoltà della misura, le possibili spiegazioni alternative (abiotiche o legate alla natura stessa del pianeta).

Indipendentemente da come andrà a finire, K2-18b ci sta già insegnando tantissimo. Sta spingendo al limite le nostre capacità osservative con JWST, sta affinando i nostri modelli atmosferici e ci costringe a interrogarci più a fondo su cosa significhi "abitabile" e quali siano le vere firme chimiche della vita in contesti così diversi dalla Terra. Potrebbe davvero essere un "punto di svolta" , un momento cruciale nella nostra esplorazione del cosmo vivente. La domanda "siamo soli?" resta aperta, ma forse ci stiamo avvicinando a una risposta.