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La minaccia dei GRB e le ‘zone abitabili’ dell’Universo

Il 27 Dicembre 2004, una particolare stella di neutroni denominata con la sigla SGR 1806–20, situata a circa 50.000 anni-luce nella costellazione del Sagittario, produsse una intensa emissione di radiazione che si propagò fino a raggiungere la Terra al punto da interagire con la magnetosfera. L’evento fu di notevole interesse poiché gli astronomi furono testimoni per la prima volta del fatto che un oggetto situato al di fuori del Sistema Solare potesse influenzare direttamente il nostro pianeta. I gamma-ray burst (GRB), o lampi gamma, sono gli eventi più energetici che conosciamo. Nonostante il brillamento registrato da SGR 1806 -20 fosse relativamente mite, ce lo ricordiamo come un cattivo esempio dato che la vita sulla Terra è potenzialmente minacciata da eventi di inimmaginabile potenza. Ma qui arriva il punto: si ritiene che i GRB siano molto più comuni in alcune regioni dell’Universo che in altre. Ciò implica che alcune zone dello spazio cosmico siano decisamente inospitali per eventuali forme di vita. La domanda è: dove sono localizzate queste regioni e quali limiti esse pongono per un eventuale sviluppo di forme di vita? Oggi, Tsvi Piran della Hebrew University in Gerusalemme e Raul Jimenez presso la Harvard University a Cambridge hanno realizzato una serie di studi mirati a determinare quali regioni dell’Universo possano essere considerate “pericolose” a causa dei GRB. I risultati ottenuti forniscono, per la prima volta, una sorta di “mappatura delle zone abitabili” dell’intero Universo.

I gamma-ray burst sono un enigma astrofisico, nessuno è ancora certo sulla natura dei meccanismi fisici che li producono. Quello che è certo è il fatto che un GRB provocherebbe un danno alquanto significativo alla Terra se accadesse nei dintorni del nostro spazio cosmico. L’intensa radiazione causata dai raggi-gamma nell’atmosfera terrestre distruggerebbe rapidamente lo strato di ozono lasciando così le creature viventi vulnerabili alla radiazione ultravioletta ed eventualmente ad altre forme di radiazione di alta energia. Alcuni studi hanno esaminato in dettaglio la reale possibilità che un evento di questo tipo avrebbe potuto portare nel passato e in diverse occasioni l’estinzione della vita sul nostro pianeta. Ora, dato che il pericolo di essere raggiunti da un GRB è legato alla sua vicinanza con il pianeta, il lavoro di Prian e Jimenez è stato quello di determinare quanto siano comuni questi eventi nello spazio, un calcolo molto più complesso di quanto possa sembrare. Dal punto di vista statistico, gli astronomi hanno trovato diversi tipi di GRB quasi certamente prodotti da eventi cataclismici di varia potenza, come la morte di una stella, la fusione di due buchi neri e così via. Si ritiene che l’evento del 2004 sia ancora di un altro tipo causato, forse, da una drammatica e violenta riorganizzazione del campo magnetico che circonda la stella di neutroni. Gli eventi più potenti e pericolosi sono quelli che durano più a lungo nel tempo e sono generati dalle esplosioni stellari di stelle massicce. Quindi, il fattore determinate nei calcoli è proprio quello di stabilire con cura la frequenza delle esplosioni stellari. Ciò è complicato dal fatto che tipi differenti di galassie contengono popolazioni stellari diverse, persino nella stessa galassia. Poi ci sono i GRB di breve durata che si crede siano causati dalla fusione di due stelle di un sistema binario. Questi eventi sono meno energetici ma sono più frequenti di quelli a lungo periodo. Infine, ci sono i GRB di bassa luminosità che sono quelli meno potenti e perciò vengono rivelati raramente. Prian e Jimenez ritengono, però, che questi ultimi siano i più comuni e quindi più difficili da osservare. I due ricercatori hanno cercato di calcolare la frequenza di tutti questi tipi di GRB in un dato volume di spazio per un determinato intervallo di tempo, partendo dalla recente determinazione dei tassi di GRB e dalla funzione di luminosità per stimare il flusso dei gamma-ray burst nella Galassia che arriva a Terra in modo da confrontarlo con quello richiesto per distruggere lo strato di ozono. La conclusione principale è che i GRB sono certamente più comuni in quelle regioni dello spazio dove la densità delle stelle è più elevata, il che vuol dire verso le regioni più centrali della Via Lattea. Qui, i GRB rappresentano una vera e propria minaccia per la vita. Prian e Jimenez hanno calcolato che la probabilità di essere colpiti da un GRB letale ogni miliardo di anni è dell’ordine del 95% per ogni stella che si trovi ad una distanza fino 6.500 anni-luce dal centro della Via Lattea. Dunque, in generale la vita sui pianeti si potrà considerare salva solo se consideriamo le regioni più periferiche della Galassia. Ad esempio, la Terra è a circa 26.000 anni-luce rispetto al centro galattico e perciò si trova nella cosiddetta “zona abitabile galattica”. Quindi, maggiore è la distanza dal centro galattico e minore sarà il rischio di subire tali eventi catastrofici.

Queste argomentazioni si possono considerare ulteriormente analizzando la densità delle galassie su larga scala. La Via Lattea si trova in una regione relativamente sparsa dell’Universo, detta Gruppo Locale, dove sono presenti poche galassie. Andromeda è la galassia più vicina e ci sono poi varie galassie nane come le due Nubi di Magellano. Questi oggetti non sono pericolosi e, secondo Prian e Jimenez, mentre Andromeda si trova troppo distante per minacciare la Terra le due Nubi di Magellano non hanno quel tipo di popolazione stellare che potrebbe essere una minaccia per il nostro pianeta in termini di radiazione di alta energia. Ad ogni modo, esistono tante regioni dell’Universo dove le galassie sono molto più addensate. Qui, i GRB di una galassia potrebbero essere letali per minacciare la vita nel loro vicinato. Gli astronomi si sono fatti una idea grossolana della distribuzione cosmica delle galassie dicendo che essa segue la struttura di una spugna. In altre parole, esistono delle zone dove la concentrazione di galassie è maggiore e queste sono connesse ad altre lungo strutture a filamenti circondate da vuoti dove sono distribuite un numero molto inferiore di galassie. Secondo i due ricercatori, le galassie che ospiteranno con ogni probabilità forme di vita saranno quelle che si troveranno in regioni di bassa densità galattica e preferibilmente lungo i vuoti e i filamenti della struttura cosmica. E’ interessante notare come la loro analisi pone anche dei limiti temporali sullo sviluppo e l’evoluzione della vita. Infatti, essi sottolineano il fatto che nel passato l’Universo era molto più denso e le galassie erano molto più piccole. Ciò avrebbe incrementato in maniera significativa la minaccia dovuta ai GRB. Prian e Jimenez concludono affermando che è impossibile che possa essere esistita la vita prima che l’Universo avesse raggiunto una età di circa 300 milioni di anni dopo il Big Bang, poiché i raggi gamma sarebbero stati sufficientemente vicini per insediare quei pianeti potenzialmente abitati e quindi causare una estinzione certa. Naturalmente, ci sono tutta una serie di incertezze in questi calcoli. Ma, forse, risulta ancora più importante la questione che riguarda la quantità di radiazione di alta energia che deve essere prodotta affinchè venga estinta la vita su un pianeta. I due scienziati hanno utilizzato la Terra come sistema di riferimento e ovviamente non è poi così lontana la possibilità che la vita possa essersi sviluppata in altre regioni dell’Universo che sono molto più soggette alla radiazione. Nonostante ciò, si tratta di uno studio affascinante che estende l’idea delle zone abitabili al di là del Sistema Solare e delle galassie fino a considerare l’Universo nel suo insieme. Sappiamo che la Terra occupa un posto unico nel Sistema Solare dove la vita prospera. Insomma, l’idea di considerare zone abitabili su scale universali permette ora agli astronomi di mirare la ricerca di esopianeti che possono ospitare le condizioni necessarie per favorire lo sviluppo della vita. In questo modo, si possono escludere a priori quelle regioni inospitali della Galassia e concentrarsi solo verso quelle stelle o galassie che sono distribuite nelle cosiddette zone abitabili dell’Universo.

The Physics arXiv Blog: Astrophysicists Identify The “Habitable” Regions Of The Entire Universe
arXiv: On the role of GRBs on life extinction in the Universe