Inghiottita dal Sole oppure no? Il destino finale della Terra appare incerto

L’osservazione di alcuni sistemi planetari vicini permette di sviluppare modelli di quello che succederà al nostro quando il Sole, invecchiato, diventerà una gigante rossa. E l’esito, per quanto riguarda la Terra, è tutt’altro che scontato Il destino della Terra è incerto come l’esito del lancio di una monetina per fare testa o croce.
di Jonathan O’Callaghan/Quanta Magazine
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Tra cinque miliardi di anni, il Sole diventerà una stella gigante rossa. Il fatto che la Terra sopravviverà o meno, è una “questione aperta”, ha esordito Melinda Soares-Furtado, astrofisica dell’Università del Wisconsin a Madison. Certo, la Terra potrebbe essere inghiottita dal Sole e distrutta. Eppure, in alcuni scenari, la Terra sfugge alla distruzione e viene spinta verso l’esterno del sistema solare.

A offrire alcuni indizi sul futuro cosmico del nostro pianeta è un sistema planetario vicino. A circa 57 anni luce di distanza, quattro pianeti orbitano attorno a una stella simile al Sole che ha dieci miliardi di anni – il doppio dell’età del Sole – e che è già nelle fasi avanzate della sua vita. Stephen Kane, astrofisico specializzato in questioni che riguardano l’abitabilità dei pianeti all’Università della California a Riverside, ha recentemente modellizzato quello che potrebbe accadere ai pianeti del sistema quando la stella diventerà una gigante rossa in un miliardo di anni. Ha scoperto che la maggior parte dei pianeti interni sarà inghiottita, ma che il pianeta più esterno conosciuto, che ha un’orbita simile a quella di Venere, potrebbe sopravvivere.

L’età avanzata della stella rende più facile la modellizzazione della sua espansione e offre una previsione più accurata del futuro del nostro sistema planetario. “È un articolo molto interessante”, ha dichiarato Jonathon Zink, astrofisico del California Institute of Technology. “Se riuscissimo a trovare più sistemi in varie fasi dell’evoluzione stellare, probabilmente potremmo mettere insieme quello che sta per accadere.”

Mondi friabili
Quando un pianeta viene inghiottito, la morte può essere rapida. Nel 2022, Ricardo Yarza, astrofisico delle stelle all’Università della California a Santa Cruz, ha simulato che cosa succede quando una gigante rossa inghiotte un pianeta. Ha scoperto che se il pianeta è inizialmente abbastanza vicino alla stella, la sua orbita decade rapidamente. Il gas presente nell’atmosfera della stella trascina il pianeta che “continua a sprofondare sempre di più nella stella”, ha detto Yarza. Nel giro di poche centinaia di anni, la maggior parte dei pianeti sarà distrutta.

Fino a poco tempo fa, questi momenti finali della vita di un pianeta condannato “non erano mai stati osservati direttamente”, ha spiegato Kishalay De, astronomo del Massachusetts Institute of Technology. Ma nel 2020, il gruppo di De ha visto una stella distante 12.000 anni luce diventare, temporaneamente, qualche centinaio di volte più luminosa. Il lampo era troppo debole per essere dovuto a una fusione con un’altra stella. Ma era dell’intensità giusta per essere stato prodotto da un pasto di dimensioni planetarie, hanno riferito De e i suoi colleghi.

Il team ha ipotizzato che un pianeta poche volte più massiccio di Giove sia stato catturato quando la stella, vecchia di dieci miliardi di anni, ha iniziato a espandersi per diventare una gigante rossa. “Questo è il futuro del sistema solare”, ha chiarito De.

La nostra stella in evoluzione
Quando una stella di sequenza principale come il Sole – chiamata anche stella di tipo G o nana gialla – raggiunge la fine della sua vita, esaurisce l’idrogeno necessario per alimentare la fusione nucleare nel suo nucleo. Mentre la stella si rivolge ad altre fonti di combustibile e perde massa, il suo nucleo diventa più caldo e la sua atmosfera si gonfia nel corso di milioni di anni. Alla fine, il Sole diventerà più di 200 volte più grande rispetto alle sue dimensioni attuali.

Il Sole in espansione consumerà Mercurio e probabilmente Venere, prima di diventare così grande da avvicinarsi all’orbita della Terra – una distanza nota come unità astronomica, o UA. Ma potrebbe espandersi ancora di più. “In alcuni modelli”, ha spiegato Antonino Lanza, astronomo dell’Osservatorio astrofisico-Istituto nazionale di astrofisica di Catania, “potrebbe inghiottire Marte”. L’incertezza principale, ha detto, sta nella quantità di massa che il Sole perderà invecchiando; più ne perde, più piccolo sarà il suo raggio finale. “Questo aspetto è poco conosciuto”, ha aggiunto.

Per ora, le nostre migliori stime suggeriscono che il Sole crescerà fino a una distanza compresa tra 0,85 e 1,5 UA. Ma quando la stella perderà massa, l’indebolimento della forza di gravità aumenterà l’orbita della Terra, il che significa che il nostro pianeta potrebbe sfuggire all’inghiottimento (si veda qui l’infografica di “Quanta Magazine“).

Per vedere il futuro della Terra, gli astronomi si rivolgono a una sfera di cristallo piena di sistemi planetari alieni. Il loro obiettivo è trovare stelle simili al Sole che presto si trasformeranno (o si sono appena trasformate) in giganti rosse.

Ecco perché Rho Coronae Borealis, una vicina stella nana gialla che si ritiene stia raggiungendo la fine del suo ciclo vitale, ha attirato l’attenzione di Kane. Tre dei suoi quattro pianeti conosciuti orbitano vicino alla stella, ben all’interno del percorso di Venere intorno al Sole. Il pianeta più esterno, con un anno di 282 giorni, ha un’orbita simile a quella di Venere.

L’analisi di Kane mostra che la stella in crescita inghiottirà i tre pianeti interni. Il più interno di questi mondi, che si pensa sia roccioso e abbia una massa quasi quattro volte superiore a quella della Terra, evaporerà nel giro di poche centinaia di anni. “Il plasma surriscalda il pianeta e lo fa essenzialmente crollare”, ha sottolineato Kane. “Anche le rocce sulla superficie fonderanno”. Il pianeta successivo, un gigante gassoso di massa pari a Giove, è così grande che si muoverà a spirale verso l’interno e sarà fatto a pezzi dalla gravità della stella, invece di evaporare. Anche il terzo pianeta, un piccolo pianeta di massa nettuniana, sarà probabilmente inghiottito ed evaporato.

Ma il pianeta più esterno, anch’esso della massa di Nettuno, potrebbe sopravvivere. Quando la stella si espanderà, inghiottirà temporaneamente il pianeta per diverse migliaia di anni. Durante questo periodo, le temperature estreme arrostiranno la superficie del pianeta, ma il pianeta stesso dovrebbe sopravvivere perché l’atmosfera della stella non è molto densa a questa distanza. La stella si contrarrà e si espanderà ancora una volta, inghiottendo nuovamente il pianeta per diversi millenni. Se il pianeta riuscirà a sopravvivere – come un topo sotto le grinfie di un gatto – potrebbe emergere dall’atmosfera quando la stella si contrarrà per l’ultima volta. “Quindi ha l’opportunità di sfuggire proprio nella fase finale”, ha aggiunto Kane.

Kane, da parte sua, è ottimista sulle possibilità del pianeta e su ciò che potrebbe significare per il nostro mondo. “Sospetto che la Terra si sposterà verso l’esterno e sopravviverà”, ha previsto.

La grande fuga
Se un pianeta riesce a sfuggire all’inghiottimento, le sue possibilità di avere una vita più lunga sono promettenti. Quando una stella come il Sole si espande fino a diventare una gigante rossa e si libera dei suoi strati esterni, alla fine l’unica cosa che rimane è un cadavere stellare denso e incandescente, noto come nana bianca. Questi oggetti contengono fino alla metà della massa della stella originale, racchiusa in un’area grande quanto la Terra. Dovrebbero continuare a bruciare per trilioni di anni.

Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno trovato una manciata di esopianeti in orbita attorno alle nane bianche, ha dichiarato Mary Anne Limbach, esperta di esopianeti dell’Università del Michigan. Questi pianeti sono sopravvissuti alla fase di gigante rossa della loro stella, anche se non è chiaro come. Alcuni di questi mondi – che tendono a essere giganti gassosi più grandi – erano probabilmente troppo lontani dalla loro stella per essere inghiottiti, mentre altri potrebbero essere stati spinti verso l’esterno mentre la stella sbuffava e sbuffava. (Gli astronomi e le astronome hanno anche visto prove che alcuni pianeti non sono stati così fortunati, sotto forma di nane bianche inquinate, ricche di elementi associati ai pianeti, come magnesio e ferro.) Le osservazioni in corso del James Webb Space Telescope (JWST) dovrebbero rivelare altre decine di esopianeti in orbita attorno alle nane bianche.

Per quanto possano sembrare insoliti, questi sistemi planetari potrebbero ancora essere abitabili, ha spiegato Limbach, che guida alcune delle osservazioni delle nane bianche del JWST. “C’è un posto intorno a una nana bianca dove si può trovare acqua liquida” sulla superficie di un pianeta, ha aggiunto Limbach. Ma “è un ambiente molto difficile.”

Altre osservazioni di sistemi solari evoluti e altri modelli come quello di Kane potrebbero fornire maggiori informazioni sul destino del nostro. Per ora, la morte del nostro pianeta è un lancio di dadi lontano dalla certezza. Gli esseri umani saranno anche scomparsi da tempo dalla superficie terrestre, ma chi guarderà nella nostra direzione tra cinque miliardi di anni potrebbe vedere il nostro pianeta cavalcare gli ultimi respiri del Sole – o forse scomparire in un breve bagliore di luce.