Scritto da Antonio Francesco Di Lauro
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Michel Mayor è uno dei protagonisti assoluti dell’astronomia contemporanea. Il suo nome è legato a una delle scoperte più rivoluzionarie della scienza moderna: quella dell’esopianeta 51 Pegasi b, il primo pianeta extrasolare ad essere scoperto attorno a una stella simile al nostro Sole. Per questa svolta storica, nel 2019 Michel Mayor ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica, condiviso col collega Didier Queloz. La sua attività scientifica ha cambiato radicalmente la nostra visione del cosmo e ha contribuito – in modo decisivo – alla ricerca di altri mondi nell’Universo.
L’intervista è stata realizzata nell’ambito di PescaraScienza, il festival della ricerca e della divulgazione scientifica organizzato da ScienzAperta ETS. L’edizione, della durata di due giorni, è stata dedicata a un’ampia riflessione sull’intelligenza artificiale e sulle sue applicazioni nei diversi campi del sapere, con il contributo di scienziati, ricercatori, divulgatori e rappresentanti del mondo imprenditoriale.
L’idea che esistano altri mondi ha attraversato secoli di filosofia, teologia e scienza, talvolta in conflitto tra loro. Quali momenti hanno determinato svolte scientifiche e culturali tali da provocare l’evidenza per cui ci sono infiniti pianeti in infinite galassie?
Michel Mayor: È anzitutto necessario risalire alla Grecia del V secolo a.C., dove nacque e si diffuse la teoria atomistica, attribuibile a Democrito. Secondo questa ipotesi, poiché gli atomi sono infiniti e infinite sono le loro possibilità di aggregazione, devono esserci anche infiniti mondi, che nascono e muoiono perpetuamente. A partire da questa visione, non era più possibile escludere che in altri mondi potesse esistere della vita. Lo testimonia un passo significativo della Lettera a Erodoto di Epicuro, che di quella tradizione fu erede diretto: «Né alcuno potrebbe dimostrare che in un determinato mondo non sono contenuti quei semi genitali dai quali si formano gli esseri viventi e le piante e tutto il resto che si vede esistere, e che in un altro diverso questo non sia possibile». Si capisce bene come la nostra visione filosofica dell’universo non sia affatto estranea a quella degli antichi pensatori greci.
Tra le grandi svolte successive va poi menzionata l’ipotesi nebulare, formulata da Immanuel Kant nel 1755 e sviluppata successivamente da Pierre Simon Laplace. Osservando che tutti i pianeti del sistema solare ruotano nello stesso senso e approssimativamente sullo stesso piano, entrambi conclusero che il sistema doveva essersi formato a partire da una nebulosa, un disco di gas e polvere in rotazione. Si trattò di un passo decisivo, perché rendeva l’origine dei pianeti un processo naturale. Tuttavia, fu l’astronomo russo-statunitense Otto Struve, nel corso del Novecento, a suggerire che il rallentamento della loro velocità di rotazione fosse la prova indiretta che parte dell’energia rotazionale della stella si fosse trasferita a un disco di materia circostante – esattamente come accade a un pattinatore che allarga le braccia rallentando la propria rotazione. Questo lo portò a teorizzare l’esistenza generalizzata di sistemi planetari e ciò che all’inizio del ventesimo secolo sembrava un fenomeno eccezionale – la formazione di pianeti attorno a una stella – diventava la norma.
Nel 1995 lei e Didier Queloz annunciaste la scoperta del primo esopianeta in orbita attorno a una stella simile al Sole – un risultato che contraddiceva frontalmente la teoria dominante sulla formazione planetaria e che vi valse il Premio Nobel per la Fisica nel 2019. Quale fu l’intuizione di metodo all’origine di quella scoperta?
Michel Mayor: Avevamo già costruito uno spettrografo a correlazione negli anni Settanta, che tuttavia non aveva una precisione sufficiente a individuare i pianeti. Quindici anni dopo, il Direttore dell’Osservatorio di Haute-Provence chiese ad André Baranne, ottico dell’Osservatorio di Marsiglia, se avesse intenzione di costruire uno strumento di quel tipo, approfittando delle tecnologie sviluppate nel frattempo. Il progetto poteva risultare tanto ambizioso quanto rischioso, poiché nessuno era in grado di stimare con certezza il livello di accuratezza raggiungibile. Io e il mio collega Didier Queloz, sulla base di alcune verifiche preliminari, stimavamo che il nuovo strumento avrebbe potuto essere cinque o al massimo dieci volte più preciso del primo.
Ma quando giunsero i risultati, sbalordirono tutti, noi compresi: il nuovo spettrografo era addirittura venti volte più preciso del precedente, e capace di rilevare variazioni di velocità di appena dieci metri al secondo. Si trattava di una soglia sufficiente per applicare con successo il metodo delle velocità radiali, con cui diventava possibile inferire l’esistenza del pianeta stesso. Fu questo metodo a consentirci di annunciare la scoperta di 51 Pegasi b. Il nome segue la nomenclatura astronomica standard: 51 Pegasi è la stella ospite, la cinquantunesima catalogata nella costellazione di Pegaso, mentre la “b” indica il primo pianeta rilevato attorno ad essa.
Michel Mayor e Didier Queloz all’Osservatorio di La Silla.
Il metodo della velocità radiale, basato sull’effetto Doppler, e il metodo dei transiti, se usati in combinazione permettono di calcolare la densità dei pianeti e quindi di inferire anche la loro composizione. Quali categorie di pianeti sono diventate accessibili a questa analisi e quali restano ancora fuori portata?
Michel Mayor: In effetti, si tratta di un campo di ricerca straordinariamente fertile, poiché la sinergia tra la spettroscopia Doppler e il metodo dei transiti apre per la prima volta un accesso diretto allo studio fisico dei pianeti. Combinando le due tecniche – la prima capace di misurare la massa di un pianeta tramite le oscillazioni gravitazionali che induce sulla stella, la seconda capace di ricavarne il diametro dall’abbassamento di luminosità durante il passaggio davanti alla stella stessa – si ottiene la densità media del pianeta e, di conseguenza, informazioni sulla sua composizione. È un’apertura senza precedenti. In pratica, se un pianeta presenta una massa contenuta ma un diametro insolitamente grande, si può escludere che sia roccioso; al contrario, un pianeta compatto e denso suggerisce una composizione prevalentemente di quel tipo. Sono esattamente queste le analisi che stiamo conducendo con HARPS-N, la versione per l’emisfero nord del nostro spettrografo HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), installato all’Osservatorio di La Silla in Cile. HARPS-N è operativo dal 2012 presso il Telescopio Nazionale Galileo a La Palma, nelle Isole Canarie. Il nostro obiettivo attuale è analizzare sistematicamente i pianeti di piccole dimensioni, mappando la relazione tra massa e raggio per distinguere quelli rocciosi da quelli di altra composizione. Crediamo sia questa la strada che potrebbe portarci alla scoperta di pianeti realmente simili alla Terra.
Il 22 aprile 2015, esattamente vent’anni dopo la vostra scoperta, la squadra guidata da Jorge Martins ha ottenuto per la prima volta lo spettro in luce visibile riflessa da 51 Pegasi b, usando proprio HARPS a La Silla. Con strumenti altamente sofisticati come il James Webb Space Telescope, quanto si avvicina la possibilità concreta di rilevare biomarcatori – sostanze chimiche come ossigeno, ozono o metano – la cui presenza potrebbe indicare l’esistenza di processi biologici?
Michel Mayor: Di norma, il rapporto di luminosità tra un pianeta e la sua stella nel visibile è talmente squilibrato che il segnale planetario risulta praticamente sepolto. È soltanto attraverso tecniche di correlazione crociata – che confrontano lo spettro del pianeta con quello della stella per isolare il contributo riflesso – che Martins e il suo team sono riusciti a estrarre quel segnale. Si è trattato di un risultato estremamente prezioso.
Tuttavia, la strada verso la rilevazione di biomarcatori è ancora lunga. Parliamo di segnali sottilissimi che si manifestano spesso soltanto come una o due transizioni atomiche nello spettro e che richiedono strumenti di risoluzione e sensibilità oggi non ancora disponibili. Il James Webb Space Telescope, pur rappresentando un salto generazionale, non è attualmente in grado di rilevare biomarcatori attorno a stelle di tipo solare; può farlo, con maggiori probabilità, per pianeti che orbitano attorno a stelle più piccole e fredde, come le nane rosse, dove sappiamo non esservi condizioni sufficienti alla vita. Prima ancora che una questione scientifica, la ricerca dei biomarcatori rimane quindi una sfida tecnologica. Dove tutto questo ci condurrà – onestamente – non è ancora chiaro, ma la direzione è tracciata.
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