UN pianeta extrasolare – abbreviazione di pianeta extrasolare – è un pianeta esistente al di fuori del nostro sistema solare, in orbita attorno a una stella diversa dal nostro Sole. Mentre opere fantasiose (e straordinariamente preveggenti) di fantascienza come Star Trek hanno da tempo immaginato una galassia in cui i sistemi planetari, in effetti quelli che ospitano forme di vita, sono onnipresenti, in realtà, la prima rilevazione confermata di un esopianeta in orbita attorno a una stella della sequenza principale come il nostro Sole è stata sorprendentemente recente: nel 1995, gli astronomi Michel Mayor e Didier Queloz hanno utilizzato misurazioni spettroscopiche per osservare l'”oscillazione” della stella. a causa dell’attrazione gravitazionale di un pianeta in orbita. Da allora, nella nostra galassia sono stati scoperti oltre seimila pianeti extrasolari. Ma molto prima, una stranezza osservativa misteriosa e trascurata potrebbe essere stata il primo indizio della “rivoluzione degli esopianeti” a venire.
Nel 1917, l’astronomo Adriaan van Maanen osservò un fenomeno curioso e, a prima vista, apparentemente non correlato. Con l’aiuto del telescopio da 60 pollici dell’Osservatorio di Mount Wilson in California, all’epoca il più grande telescopio operativo al mondo, van Maanen osservò lo spettro (l’intera gamma di luce di tutte le lunghezze d’onda o colori) di quella che credeva essere una stella di tipo F – leggermente più massiccia e luminosa del nostro Sole, con una presenza di calcio, tra gli altri elementi, nella sua atmosfera esterna, o fotosfera. Tuttavia, in seguito calcolò che questa sarebbe stata la stella di tipo F più debole mai scoperta. Si è ormai capito che questa peculiare entità era un tipo di stella completamente diverso – una “nana bianca” – e, all’insaputa di van Maanen, lo sconcertante spettro da lui sviluppato potrebbe essere stato la prima prova osservativa dell’esistenza di esopianeti, 78 anni prima della scoperta di Queloz. Eppure rimase incompreso per quasi un secolo.
“Le nane bianche sono estremamente dense: un solo cucchiaino di stella di van Maanen peserebbe quanto un elefante africano”
Le nane bianche sono i minuscoli e fiochi resti di stelle come il nostro Sole che hanno esaurito le loro ultime scorte di carburante e non possono più sostenere il processo di fusione nucleare nei loro nuclei. Le nane bianche sono estremamente dense: un solo cucchiaino di stella di van Maanen peserebbe quanto un elefante africano. Questa immensa densità significa che gli elementi più pesanti dell’idrogeno o dell’elio, se fossero prodotti da qualche processo chimico all’interno della stella, affonderebbero molto rapidamente sotto l’immensa forza gravitazionale e non si troverebbero mai nell’alta atmosfera. Quindi, ciò che van Maanen vide – uno spettro “inquinato” da elementi pesanti esotici come il calcio – era fisicamente impossibile.
Ma poiché nella prima metà del XX secolo si continuava a scoprire un numero sempre maggiore di queste nane bianche incomprensibilmente inquinate, emerse la teoria prevalente secondo cui questi elementi pesanti dovevano essere stati attirati dal mezzo interstellare circostante. Tuttavia, c’erano delle discrepanze: in un recente discorso a Cambridge, il professore in visita Benjamin Zuckerman ha spiegato che la distribuzione degli elementi dedotta dagli spettri di assorbimento delle nane bianche non corrispondeva mai del tutto alle abbondanze conosciute di elementi nel mezzo interstellare. Già nel 1987, Zuckerman osservò una misteriosa preponderanza di luce infrarossa proveniente dalle regioni attorno a una nana bianca, che all’epoca venne interpretata come dovuta a una nana bruna in orbita – una “stella mancata”. Nel giro di un decennio, gli astronomi iniziarono finalmente a confondere i fatti e a risolvere veramente il mistero.
“Ciò che van Maanen vide – uno spettro ‘inquinato’ da elementi pesanti esotici come il calcio – era fisicamente impossibile”
Quando una stella si avvicina alla fine della sua vita nella sequenza principale e si gonfia fino a diventare una gigante rossa, inizierà a espellere una quantità significativa di massa, per poi collassare per formare una nana bianca. Mentre ciò accade, gli esopianeti orbitanti, non più così fortemente legati dalla forza gravitazionale della stella, iniziano a spiraleggiare verso l’esterno. Questi esopianeti in migrazione possono comportarsi in modo piuttosto tirannico, causando instabilità gravitazionali che possono spingere oggetti rocciosi più piccoli come gli asteroidi così vicini alla stella ospite che alla fine vengono fatti a pezzi dalle sue mostruose forze di marea gravitazionali e ruotano in un disco di accrescimento polveroso, dopodiché i resti polverizzati alla fine si depositano sulla stella. Questa polvere conterrebbe i resti chimici di quel passato mondo roccioso, compresi, ovviamente, tutti i suoi elementi pesanti. Questi detriti planetari sono ciò che ha inquinato la stella di van Maanen. L’inquinamento da nane bianche, a quanto pare, è un segnale di sistemi esoplanetari, anche se van Maanen se ne rendeva poco conto nel 1917.
Quando questo disco di detriti planetari viene riscaldato, inizia a emettere luce infrarossa, il che spiega la curiosa osservazione di Zuckerman del 1987. Detto questo, per gli scienziati entrambi i risultati del comportamento della natura sono affascinanti, soprattutto se all’inizio non si adattano così perfettamente al grande quadro scientifico che abbiamo dipinto finora. La professoressa Amy Bonsor dell’Istituto di Astronomia ha osservato che “il sistema sarebbe stato altrettanto entusiasmante se si fosse scoperto che aveva una compagna nana bruna vicina. Abbiamo così pochi sistemi simili e si rivelano davvero importanti per studiare gli effetti dell’irradiazione sulle atmosfere per gli esopianeti”.
“Il mondo della scienza richiede investigatori abbastanza coraggiosi da perseguire casi così formidabili”
In una pubblicazione del 2007, Zuckerman e colleghi hanno riportato l’incredibile abbondanza di 17 elementi inquinanti nell’atmosfera della nana bianca GD 362 e hanno dedotto che questo materiale deve provenire da materia planetaria con una composizione non dissimile da quella del nostro sistema Terra-Luna. Tuttavia, rimangono molti grandi e affascinanti misteri. Potrebbero esistere mondi terrestri rocciosi attorno alle nane bianche che si trovano nella cosiddetta zona abitabile? Quando il nostro Sole si gonfierà fino a diventare una gigante rossa tra circa 5 miliardi di anni, inghiottirà Mercurio e Venere – e se sì, come ha fatto esattamente un enorme pianeta simile a Giove a finire in un’orbita molto più vicina alla nana bianca WD 1856+534 di quella di Mercurio attorno al nostro Sole? Potrebbe un pianeta simile alla Terra sopravvivere abbastanza a lungo da tracciare un giorno un’orbita stabile attorno a un Sole nano bianco? E che dire della sua luna? Il mondo della scienza richiede investigatori abbastanza coraggiosi da perseguire casi così formidabili.
È fin troppo allettante liquidare i sistemi delle nane bianche come semplici destini tetri ed eterni di sistemi planetari un tempo magnifici come il nostro. Ma se questo giallo scientifico deve insegnarci qualcosa, è che non dobbiamo liquidare le reliquie del passato, di qualsiasi forma, così arcaiche da essere sicuramente irrilevanti. Proprio come c’è tanto da imparare sui meravigliosi e intricati meccanismi della natura sulla Terra studiando i reperti fossili quanto c’è da imparare dalle creature viventi, così sono le nane bianche, i vecchi saggi del regno stellare, che soli possono raccontarci storie incantevoli sui sistemi esoplanetari un tempo fiorenti. Sono le sentinelle del cielo notturno, immancabili nel loro candore purché poniamo le domande giuste.
C’è da chiedersi: quali altre osservazioni che oggi ci sconcertano – forse anche un po’ idiosincratiche, tanto da poter essere relegate nei nostri archivi come avvenimenti curiosi ma apparentemente sconnessi – potranno Noi guardare indietro a 78 anni come se fosse il primo accenno di un fenomeno molto ricco e meraviglioso? A noi è lasciata la responsabilità di non scartare mai nessuna delle prove che accumuliamo lungo il percorso, non importa quanto sconcertanti ora, mentre continuiamo il nostro viaggio per risolvere i misteri dell’Universo.
