Supponendo che la Terra e il Sistema Solare siano rappresentativi di una certa normalità, Madau ha calcolato che questo volume di spazio potrebbe contenere fino a 10.000 esopianeti terrestri (ovvero rocciosi) delle dimensioni della Terra in orbita all’interno delle zone abitabile delle loro stelle.

Nel 1960, mentre si preparava per il primo incontro sulla ricerca dell'intelligenza extraterrestre (SETI), il leggendario astronomo e pioniere del SETI, il dottor Frank Drake, svelò la sua equazione probabilistica per stimare il numero di possibili civiltà nella nostra galassia, conosciuta come equazione di Drake. Un parametro chiave in questa formula è il numero di pianeti nella nostra galassia con un ambiente adatto a sostenere la vita. Ma a quel tempo, gli astronomi non erano ancora certi che altre stelle avessero sistemi di pianeti. Oggi, però, grazie a missioni come Kepler della NASA, sono stati confermati 5523 esopianeti e altri 9.867 sono candidati in attesa di conferma.

Sulla base di questi dati, gli astronomi hanno prodotto varie stime sul numero di pianeti abitabili nella nostra galassia che, secondo alcuni sarebbero almeno 100 miliardi.

Piero Madau è professore di astronomia e astrofisica presso l'Università della California, Santa Cruz (UCSC). Al centro del suo studio c'è il Principio Copernicano, dal nome del famoso astronomo polacco Nicolaus Copernicus, inventore del modello eliocentrico. Conosciuto anche come Principio Cosmologico (o Principio di Mediocrità), il principio afferma che né gli esseri umani né la Terra sono in una posizione privilegiata per osservare l’Universo. Ossia, ciò che vediamo quando guardiamo il Sistema Solare e il cosmo è rappresentativo del tutto.


Il ruolo del tempo

Madau ha considerato come i fattori dipendenti dal tempo abbiano svolto un ruolo vitale nell’emergere della vita nel nostro Universo. Ciò include la storia della formazione stellare della nostra galassia, l'arricchimento del mezzo interstellare (ISM) con elementi pesanti (forgiati all'interno della prima popolazione di stelle), la formazione dei pianeti e la distribuzione dell'acqua e delle molecole organiche tra i pianeti. . Madau ha spiegato che il ruolo centrale del tempo e dell’età non sono esplicitamente sottolineati nell’equazione di Drake.

“L’equazione di Drake costituisce un utile riassunto pedagogico dei fattori (probabilità) che possono influenzare la possibilità di individuare mondi portatori di vita ed eventualmente civiltà extraterrestri tecnologicamente avanzate, intorno a noi oggi. Ma quella possibilità e questi fattori dipendono, tra le altre quantità, dalla storia della formazione stellare e dell’arricchimento chimico del disco galattico locale, nonché dalla cronologia dell’emergere della vita microbica semplice ed eventualmente complessa”.

La Terra è relativamente nuova nella nostra galassia, essendosi formata con il nostro Sole circa 4,5 miliardi di anni fa (il che significa che ha meno del 33% dell'età dell'Universo). La vita, nel frattempo, ha impiegato circa 500 milioni di anni per emergere dalle condizioni primordiali che esistevano sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa. I primi organismi unicellulari metabolizzarono l’anidride carbonica e produssero ossigeno come sottoprodotto, alterando gradualmente la composizione chimica della nostra atmosfera e innescando il Grande Evento di Ossidazione circa 2,4 miliardi di anni fa. Seguì un lungo e complesso processo di evoluzione chimica e biologica, che alla fine portò a condizioni adatte alla vita complessa e all’emergere di tutte le specie conosciute.

Data l’importanza di questi passaggi dipendenti dal tempo, Madau sostiene che l’equazione di Drake è solo una parte della storia. Guardando oltre, ha creato un quadro matematico per stimare quando si sono formati i pianeti terrestri temperati (TTP) nel nostro angolo della galassia e quando sarebbe potuta emergere la vita microbica.


Applicazioni

La formula di Madau consente agli astronomi di determinare quali potenziali stelle bersaglio, in base a massa, età e metallicità, potrebbero essere candidate ottimali nella ricerca di biofirme atmosferiche. Come lo ha descritto Madau, il suo approccio consiste nel considerare la popolazione locale di stelle, esopianeti e TTP, come una serie di equazioni matematiche, che possono essere risolte numericamente in funzione del tempo:

“Queste equazioni descrivono i tassi di cambiamento delle stelle, della metallicità, dei pianeti giganti e rocciosi e della formazione del mondo abitabile nel corso della storia del vicinato solare, il luogo in cui calcoli più dettagliati sono giustificati da una valanga di nuovi dati provenienti dallo spazio e da Terra".
"Le equazioni sono di natura statistica, cioè non descrivono la nascita e l’evoluzione dei singoli sistemi planetari ma piuttosto il cambiamento (nel tempo) della popolazione (in numero) di TTP entro 100 parsec dal Sole”.

In definitiva, l’analisi di Madau ha mostrato che entro 100 parsec (326 anni luce) dal Sole, potrebbero esserci fino a 10.000 pianeti rocciosi in orbita nella zona abitabile delle loro stelle.
Ha anche scoperto che la formazione di TTP vicino al nostro Sistema Solare è stata probabilmente episodica, iniziando con un evento di formazione stellare circa 10-11 miliardi di anni fa, seguita da una seconda fase che ha raggiunto il picco circa 5 miliardi di anni fa e che ha prodotto il Sistema Solare. Un altro aspetto interessante del quadro matematico di Madau indica che la maggior parte dei TTP entro 100 parsec sono probabilmente più antichi del Sistema Solare

Implicazioni

Altrettanto interessanti sono le implicazioni che questo studio potrebbe avere sulla ricerca della vita extraterrestre. Utilizzando la linea temporale generalmente accettata dell’emergere della vita sulla Terra (abiogenesi) e applicando una stima conservativa della prevalenza della vita su altri pianeti (il parametro fl dell’equazione di Drake), il quadro di Madau ha anche indicato quanto lontano potrebbe essere il più vicino esopianeta che ospita la vita.

“Quindi, se la vita microbica si è formata come ha fatto sulla Terra in più dell’1% dei TTP (e questo è un grande se), allora ci si aspetta che il pianeta più vicino, simile alla Terra, che ospita la vita, sia a meno di 20 PC di distanza. [65 anni luce]”, ha detto.

Naturalmente, però, non ci sono garanzie che eventuali TTP vicino al nostro Sistema Solare possano sostenere la vita. Con un solo esempio a disposizione (la Terra e gli organismi terrestri), gli scienziati non possono dire con sicurezza quale combinazione di condizioni sia necessaria affinché la vita emerga.

Madau sottolinea inoltre che (come l'equazione di Drake), il suo approccio è di natura statistica. Tuttavia, il suo lavoro potrebbe avere implicazioni significative per l’astrobiologia nel prossimo futuro.