Attività di laboratorio e Astrobiologia
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Laboratorio LIFE
La facility LIFE (Light Irradiation Facility for Exochemistry) simula le condizioni che si ritrovano nello spazio interstellare e negli ambienti protoplanetari, per comprendere la formazione di molecole organiche complesse – i mattoni della vita. Il sistema riproduce i mantelli ghiacciati (contenenti miscele di acqua, ammoniaca, metano, ecc.) che si formano su particelle di polvere cosmica, a temperature comprese tra ~10 e 30 K. I ghiacci interstellari vengono irradiati utilizzando sorgenti ad alta energia, quali radiazione X e ultravioletta (UV). Il sistema LIFE è in grado di controllare le reazioni innescate dall’irraggiamento, per osservare come composti semplici, inorganici e organici, portino a molecole complesse quali amminoacidi precursori o altri composti bio-rilevanti.
Il sistema LIFE+ (Light Irradiation Facility for Exochemistry in PLanetary Atmosphere Systems) permette di studiare il ruolo dell’irraggiamento nell’evoluzione delle atmosfere planetarie, facendo emergere potenziali percorsi di reazione negli esopianeti. La camera di analisi di LIFE+ permette di riprodurre e investigare atmosfere composte da gas in rapporti fissati, in un intervallo di pressione dal regime HV fino all’ordine dei 102 mbar, con riscaldamento fino a circa 300 °C. Le atmosfere sono sottoposte a irraggiamento da sorgente X (anodo duale Al/Cu, energie di 1,5 keV / 8 keV) e da sorgente UV (lampada a flusso di idrogeno). La camera include una sorgente di plasma ECR collegata a un generatore di microonde e un sistema di elettrodi collegati a un generatore ad alta tensione, per la generazione di scariche ad arco. L’evoluzione dei componenti è analizzata tramite spettrometria di massa a quadrupolo (QMS), spettroscopia infrarossa ad alta rivelabilità (cella a riflessione multipla da 5 m) e UV.
Sul tema dell’abitabilità, il gruppo di lavoro LIFE ha sviluppato un framework per stimare la compatibilità degli estremofili terrestri con atmosfere esoplanetarie ipotetiche, che restituisce uno score riproducibile della compatibilità con la vita di un esopianeta descritto da una specifica struttura atmosferica.
Le attività del Gruppo EXOPA
Referenze principali
- “CO Line Profiles in Accreting Ices” [LINK AL PAPER], Aslam, Lee, Chiu, Cecchi Pestellini, Ciaravella, Jiménez-Escobar, Mangione, Chen, 2026, The Astrophysical Journal, 1003, 3
- “Formation of ammonium nitrate particles in CO2-rich atmospheres” [LINK AL PAPER], Jiménez-Escobar, Ciaravella, Cecchi Pestellini, Mangione, Piazzese, Candia, Di Cicca, Varisco, 2025, The Planetary Science Journal, 6, 135
- “Laboratory simulations of ice growth in space: An expected nonuniform ice mantle composition” [LINK AL PAPER], Jiménez-Escobar, Ciaravella, Cecchi Pestellini, Sie, Lee, Huang, Muñoz Caro, Chen, 2024, Astronomy & Astrophysics, 686, A39
- “Soft X-ray Irradiation of Ice Analogues: A realistic Ice Mantle” [LINK AL PAPER], Ciaravella, Cecchi Pestellini, Jiménez-Escobar, Chen, Muñoz Caro, 2023, European Conference on Laboratory Astrophysics ECLA2020, Astrophysics and Space Science Proceedings, 59, 223–227
- “X-Ray-induced Diffusion and Mixing in Layered Astrophysical Ices” [LINK AL PAPER], Jiménez-Escobar, Ciaravella, Cecchi Pestellini, Muñoz Caro, Huang, Sie, Chen, 2022, The Astrophysical Journal, 926, 176
Persone
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Angela Ciaravella Ricercatore Email: angela.ciaravella @inaf.it ORCID: 0000-0002-3127-8078 |
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Antonio Jiménez-Escobar Ricercatore Email: antonio.jimenez @inaf.it ORCID: 0000-0003-3360-9333 |
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Alfonso Mangione Tecnologo Email: alfonso.mangione @inaf.it ORCID: 0000-0002-2356-3274 |
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Cesare Cecchi Pestellini Ricercatore Email: cesare.cecchipestellini @inaf.it ORCID: 0000-0001-7480-0324 |
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Francesco Piazzese Dottorando Email: francesco.piazzese @inaf.it ORCID: 0009-0002-7836-9468 |
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Marco Marcellino Tesista Email: marco.marcellino @inaf.it |
🇬🇧 English version
LIFE Laboratory
The LIFE facility (Light Irradiation Facility for Exochemistry) simulates the conditions found in interstellar space and in protoplanetary environments, to understand the formation of complex organic molecules – the building blocks of life. The system reproduces the icy mantles (mixtures of water, ammonia, methane, etc.) that form on cosmic dust grains, at temperatures from ~10 to 30 K. These interstellar ices are irradiated with high-energy sources such as X-ray and ultraviolet (UV) radiation. LIFE can control the reactions triggered by irradiation, to observe how simple inorganic and organic compounds lead to complex molecules such as amino acid precursors or other biologically relevant compounds.
The LIFE+ system (Light Irradiation Facility for Exochemistry in PLanetary Atmosphere Systems) is used to study the role of irradiation in the evolution of planetary atmospheres, revealing potential reaction pathways on exoplanets. Its analysis chamber can reproduce gas mixtures in fixed ratios, at pressures from high vacuum up to about 102 mbar, with heating up to about 300 °C. The atmospheres are irradiated by an X-ray source (dual Al/Cu anode, 1.5 keV / 8 keV) and a UV source (hydrogen flow lamp). The chamber also includes an ECR plasma source connected to a microwave generator and a set of electrodes connected to a high-voltage generator for arc discharge generation. The evolution of the components is monitored with quadrupole mass spectrometry (QMS), high-sensitivity infrared spectroscopy (5 m multi-pass cell) and UV spectroscopy.
On the topic of habitability, the LIFE team has developed a framework to assess the compatibility of terrestrial extremophiles with hypothetical exoplanetary atmospheres, returning a reproducible score of the life compatibility of an exoplanet with a given atmospheric structure.
Main references
- “CO Line Profiles in Accreting Ices” [PAPER LINK], Aslam, Lee, Chiu, Cecchi Pestellini, Ciaravella, Jiménez-Escobar, Mangione, Chen, 2026, The Astrophysical Journal, 1003, 3
- “Formation of ammonium nitrate particles in CO2-rich atmospheres” [PAPER LINK], Jiménez-Escobar, Ciaravella, Cecchi Pestellini, Mangione, Piazzese, Candia, Di Cicca, Varisco, 2025, The Planetary Science Journal, 6, 135
- “Laboratory simulations of ice growth in space: An expected nonuniform ice mantle composition” [PAPER LINK], Jiménez-Escobar, Ciaravella, Cecchi Pestellini, Sie, Lee, Huang, Muñoz Caro, Chen, 2024, Astronomy & Astrophysics, 686, A39
- “Soft X-ray Irradiation of Ice Analogues: A realistic Ice Mantle” [PAPER LINK], Ciaravella, Cecchi Pestellini, Jiménez-Escobar, Chen, Muñoz Caro, 2023, European Conference on Laboratory Astrophysics ECLA2020, Astrophysics and Space Science Proceedings, 59, 223–227
- “X-Ray-induced Diffusion and Mixing in Layered Astrophysical Ices” [PAPER LINK], Jiménez-Escobar, Ciaravella, Cecchi Pestellini, Muñoz Caro, Huang, Sie, Chen, 2022, The Astrophysical Journal, 926, 176
Team
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Angela Ciaravella Researcher Email: angela.ciaravella @inaf.it ORCID: 0000-0002-3127-8078 |
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Antonio Jiménez-Escobar Researcher Email: antonio.jimenez @inaf.it ORCID: 0000-0003-3360-9333 |
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Alfonso Mangione Technologist Email: alfonso.mangione @inaf.it ORCID: 0000-0002-2356-3274 |
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Cesare Cecchi Pestellini Researcher Email: cesare.cecchipestellini @inaf.it ORCID: 0000-0001-7480-0324 |
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Francesco Piazzese PhD student Email: francesco.piazzese @inaf.it ORCID: 0009-0002-7836-9468 |
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Marco Marcellino Master’s student Email: marco.marcellino @inaf.it |