Sulla Terra, il riscaldamento interno causato dal lento decadimento radioattivo degli elementi pesanti torio e uranio guida la tettonica a placche che potrebbe essere necessaria per mantenere il campo magnetico terrestre. Quest'ultimo è ciò che ci protegge dalle radiazioni, dai raggi cosmici ed impedisce che la nostra atmosfera venga strappata via.

"Quello che abbiamo capito è che i diversi pianeti accumulano quantità diverse di questi elementi radioattivi che alla fine alimentano l'attività geologica e il campo magnetico", ha spiegato Francis Nimmo, professore di scienze planetarie e della Terra presso l'UC Santa Cruz, primo autore dell'articolo pubblicato suAstrophysical Journal Letters. "Quindi abbiamo preso un modello della Terra e abbiamo aumentato e diminuito la quantità di produzione di calore radiogeno interno per vedere cosa succede".

Dallo studio è emerso che se il riscaldamento radiogeno è maggiore di quello della Terra, il pianeta non può sostenere permanentemente una dinamo come la nostra. Ciò accade perché la maggior parte del torio e dell'uranio finiscono nel mantello e troppo calore nel mantello funge da isolante, impedendo al nucleo fuso di perdere calore abbastanza velocemente da generare i moti convettivi che producono il campo magnetico. Un eccesso di elementi radioattivi produrrebbe anche una maggiore attività vulcanica che potrebbe generare frequenti eventi di estinzione di massa. D'altra parte, troppo poco calore radioattivo porterebbe ad un pianeta geologicamente "morto". "Semplicemente modificando questa variabile, si passa attraverso diversi scenari, da geologicamente morti, a simili alla Terra, a estremamente vulcanici senza dinamo", ha detto Nimmo.

 

L'abitabilità

"È stato a lungo ipotizzato che il riscaldamento interno determini la tettonica a placche, che crea cicli del carbonio e attività geologiche come il vulcanismo, che produce un'atmosfera", ha spiegato Natalie Batalha, una professoressa di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz.. "E la capacità di trattenere un'atmosfera è correlata al campo magnetico, che è anche guidato dal riscaldamento interno".
Il ciclo del carbonio è quel processo in cui l'anidride carbonica (CO2) viene aggiunta all'atmosfera attraverso l'attività vulcanica e sequestrata dall'interazione con vari minerali (portando alla formazione dei carbonati). Questo meccanismo è fondamentale per mantenere temperature stabili nel tempo e garantire che possano aver luogo processi evolutivi complessi a lungo termine.

Inoltre, i venti stellari, ossia i flussi di particelle ad alta energia che vengono espulsi dalle stelle, possono erodere costantemente l'atmosfera di un pianeta se questo non ha campo magnetico a protezione. "La mancanza di un campo magnetico è apparentemente parte del motivo, insieme alla sua bassa gravità, per cui Marte ha un'atmosfera molto sottile", ha detto Joel Primack. coautore del documento. “Marte ha avuto un'atmosfera più densa e per un po' ha avuto acque superficiali. Ma senza la protezione di un campo magnetico, sono passate molte più radiazioni ed anche la superficie del pianeta è diventata meno abitabile".

Primack ha osservato che gli elementi pesanti cruciali per il riscaldamento radiogeno vengono creati durante le fusioni di stelle di neutroni, che sono eventi estremamente rari. La creazione di questi cosiddetti elementi del processo r durante le fusioni di stelle di neutroni è stata al centro della ricerca del coautore Enrico Ramirez-Ruiz, professore di astronomia e astrofisica.
"Immaginiamo una notevole variabilità nella quantità di questi elementi incorporati in stelle e pianeti, perché dipende da quanto la materia che li ha formati era vicina a dove si sono verificati questi rari eventi nella galassia", ha detto Primack.

Gli astronomi usano la spettroscopia per analizzare la composizione delle stelle e dei pianeti e, generalmente, ci si aspetta una certa omogeneità all'interno dello stello sistema stellare.
L'europio, l'elemento più reattivo nel gruppo delle cosiddette terre rare, è comunemente presente negli spettri stellari e, dato che rende toro ed uranio più longevi, può essere usato come una sorta di tracciante per studiare la variabilità di quegli elementi nelle stelle e nei pianeti della nostra galassia.

 

La gamma

Gli astronomi hanno ottenuto misurazioni dell'europio per molte stelle nel nostro vicinato galattico ed il Sole sembra essere al centro della gamma. Alcune stelle ne hanno la metà, altre il doppio.
"È una storia complessa, perché entrambi gli estremi hanno implicazioni per l'abitabilità. Hai bisogno di abbastanza riscaldamento radiogeno per sostenere la tettonica a placche, ma non così tanto da spegnere la dinamo magnetica ", ha detto Batalha. "In definitiva, stiamo cercando le più probabili dimore per la vita. L'abbondanza di uranio e torio sembrano essere fattori chiave, forse un'altra dimensione per definire un pianeta Goldilocks [cioè nella fascia abitabile]". "Il James Webb Space Telescope sarà un potente strumento per la caratterizzazione delle atmosfere dei pianeti extrasolari", ha commentato Nimmo.