Possibile scenario favorito di grande evento di ossidazione su esopianeti attorno a stelle di tipo M con l'esempio di TRAPPIST-1e

Una strada più rapida verso mondi respirabili

Sulla Terra ci sono voluti miliardi di anni perché l’atmosfera diventasse ricca di ossigeno, aprendo la strada agli animali e alla vita complessa. Questo studio si chiede se alcuni pianeti lontani possano raggiungere quello stato favorevole alla vita molto prima. Concentrandosi su TRAPPIST‑1e, un mondo delle dimensioni della Terra che orbita attorno a una piccola stella rossa, gli autori esplorano come la luce stellare e la chimica atmosferica possano accelerare — o rallentare — l’aumento di ossigeno e come i futuri telescopi potrebbero effettivamente rilevare una simile trasformazione da lontano.

Dalla lenta trasformazione terrestre a un cielo ricco di ossigeno

Il “Grande Evento di Ossidazione” della Terra, avvenuto circa 2,4 miliardi di anni fa, segna la prima volta in cui l’ossigeno si accumulò in modo significativo nell’aria. Anche se i microrganismi che producevano ossigeno tramite fotosintesi apparvero prima, l’ossigeno rimase scarso per centinaia di milioni di anni. Indizi geologici nelle rocce antiche, insieme a modelli al computer, mostrano che questo ritardo era legato a un equilibrio delicato: l’ossigeno doveva essere prodotto abbastanza rapidamente e rimosso abbastanza lentamente perché l’atmosfera passasse da povera a ricca di ossigeno. Un colpevole importante nella rimozione dell’ossigeno fu il metano, un gas semplice contenente carbonio che reagisce con l’ossigeno in una catena di passaggi chimici rapidi.

Come una stella rossa cambia la chimica

TRAPPIST‑1e orbita attorno a una stella di tipo M — piccola, fredda e rossa rispetto al nostro Sole. Queste stelle emettono luce con una miscela di colori molto diversa, in particolare nelle lunghezze d’onda ultraviolette (UV) che determinano la chimica atmosferica. Utilizzando un modello dettagliato di clima e chimica, gli autori trattano TRAPPIST‑1e come una “Terra primordiale in un altro sistema”, assegnandole gas simili ma esponendola alla luce di TRAPPIST‑1. Risultano che l’emissione UV di questa stella rossa favorisce la formazione di ozono, una molecola composta da tre atomi di ossigeno che forma uno strato protettivo in alta quota. Su TRAPPIST‑1e, questo strato di ozono appare a livelli di ossigeno molto più bassi rispetto alla Terra e diventa complessivamente più spesso.

Ozono sia come scudo sia come amplificatore dell’ossigeno

L’ozono fa più che bloccare i raggi UV nocivi: altera la velocità con cui l’ossigeno viene distrutto. Sulla Terra primitiva, il metano si consumava reagendo con l’ossigeno attraverso una catena di reazioni alimentate da radicali altamente reattivi come OH. Le nuove simulazioni mostrano che sia sulla Terra sia su TRAPPIST‑1e molti di questi radicali si generano quando la luce solare rompe il perossido di idrogeno e altri composti a specifiche lunghezze d’onda UV. Con l’accumulo di ozono, viene assorbita proprio quella stessa radiazione UV, interrompendo la principale fonte di radicali e rallentando la distruzione dell’ossigeno da parte del metano. Questo crea un anello di retroazione positivo: più ozono significa meno radicali, quindi meno perdita di ossigeno, il che a sua volta permette a ossigeno — e quindi a ozono — di aumentare ancora di più.

Un salto più rapido verso un mondo ricco di ossigeno

Poiché lo spettro di TRAPPIST‑1 favorisce così efficacemente l’ozono, questa retroazione positiva scatta a livelli di ossigeno inferiori rispetto alla Terra. Nello scenario modellato, se TRAPPIST‑1e ospitasse forme di vita simili a quelle terrestri che producono ossigeno a tassi comparabili, l’atmosfera del pianeta potrebbe “ribaltarsi” in uno stato ricco di ossigeno fino a circa un miliardo di anni prima rispetto a quanto avvenne sulla Terra. Lo studio mostra anche che fonti di ossigeno non biologiche modeste — come la lenta perdita di acqua nello spazio nelle fasi iniziali della storia del pianeta — potrebbero essere sufficienti a innescare questa crescita incontrollata su TRAPPIST‑1e, anche se lo stesso flusso non sarebbe stato sufficiente sulla Terra. In sostanza, attorno a certe stelle rosse, le atmosfere potrebbero essere naturalmente predisposte a ossidarsi.

Osservare l’ossigeno distante con il JWST

Se TRAPPIST‑1e avesse mai sperimentato una tale ossigenazione rapida, potremmo capirlo da qui? Il team usa i propri modelli atmosferici per simulare ciò che il James Webb Space Telescope (JWST) vedrebbe mentre il pianeta transita davanti alla sua stella. Perché l’ozono è più abbondante nello scenario TRAPPIST‑1e rispetto a un caso simile alla Terra, le sue impronte spettrali — sottili cali nella luce stellare a specifiche lunghezze d’onda infrarosse — emergono con maggiore evidenza. Lavorando sui modelli, gli autori trovano che una caratteristica dell’ozono vicino a 4,6 micrometri, osservabile con lo strumento NIRSpec del JWST, potrebbe essere rilevata con poche dozzine di transiti ripetuti, molto meno di quanto stimato in precedenza per una più debole caratteristica a 9,7 micrometri.

Cosa significa per la vita attorno alle stelle rosse

Per i non specialisti, il messaggio è che non tutti i pianeti abitabili sono uguali. Attorno ad alcune nane rosse, il colore e l’intensità della luce stellare possono rendere più facile per un mondo costruire un spesso strato di ozono e trattenere ossigeno, molto prima che la Terra compisse la stessa impresa. Questo potrebbe dare un vantaggio alle forme di vita complesse che respirano ossigeno su tali pianeti. Allo stesso tempo, un ozono marcato può essere allo stesso tempo protettivo e potenzialmente dannoso in superficie, e le reali prospettive per la fotosintesi sotto soli rossi restano incerte. Tuttavia, questo lavoro suggerisce che sistemi vicini come TRAPPIST‑1 rappresentano obiettivi promettenti nella ricerca di mondi distanti che potrebbero aver già compiuto il passo cruciale verso un’atmosfera ossigenata e favorevole alla vita.

Citazione: Jaziri, A.Y., Carrasco, N. & Charnay, B. Possible favored great oxidation event scenario on exoplanets around M-stars with the example of TRAPPIST-1e. Sci Rep 16, 6322 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37144-3

Parole chiave: TRAPPIST-1e, ozono, Grande Evento di Ossidazione, stelle di tipo M, atmosfere di esopianeti