El efecto de los rayos en la química atmosférica de exoplanetas y posibles biofirmas.

Se ha sugerido que los rayos desempeñan un papel en el desencadenamiento de la aparición de especies químicas biopreparadas. Las futuras misiones (PLATO, ARIEL, HWO, LIFE) y ELT terrestres estudiarán las atmósferas de exoplanetas potencialmente habitables.

Nuestro objetivo es estudiar el efecto de los rayos en la química atmosférica, cómo afecta a las biofirmas falsas positivas y falsas negativas, y si su efecto sería observable en una exo-Tierra y en los planetas TRAPPIST-1. Utilizamos una combinación de experimentos de laboratorio y modelos de transferencia fotoquímica y radiativa.

Con experimentos de descarga de chispas en N₂-CO₂-H₂ mezclas de gases, que representan una variedad de posibles atmósferas de planetas rocosos, estudiamos la producción de posibles firmas de rayos (CO, NO), posibles gases de firma biológica (N₂O, NH₃CH₄) e importantes precursores prebióticos (HCN, urea).

Se realizan simulaciones fotoquímicas para atmósferas anóxicas y ricas en oxígeno de planetas rocosos en las zonas habitables del Sol y TRAPPIST-1 para una variedad de frecuencias de destellos. Los espectros sintéticos se calculan utilizando SMART para estudiar los espectros de reflectancia, emisión y transmisión de la atmósfera.

Los rayos mejoran las características espectrales del NO, NO₂y, en algunos casos, CO; CH₄ etc.₂h₆ se puede mejorar indirectamente. Los rayos con una frecuencia de destello ligeramente superior a la de la Tierra moderna pueden enmascarar las características del ozono de una atmósfera biótica rica en oxígeno, lo que hace más difícil detectar la biosfera.

Esquema de la configuración experimental del experimento de descarga. Publicado por primera vez en Barth et al. (2023) de Springer Nature. — astro-ph.EP

Las velocidades de destello al menos diez veces más altas que en la Tierra moderna pueden enmascarar la presencia de ozono en la atmósfera anóxica y abiótica de un planeta que orbita una enana M tardía, reduciendo el riesgo de detección de vida falsamente positiva. La tasa de rayos umbral para eliminar biofirmas falsas positivas de oxígeno y ozono en planetas que orbitan enanas ultrafrías es hasta diez veces mayor que la tasa de rayos moderna, lo que sugiere que los rayos no siempre pueden prevenir estos escenarios de falsos positivos.

Abundancias finales de gas ([g] ; óxido nitroso (norte₂O), metano (CH₄ ), cianuro de hidrógeno (HCN), óxido nítrico (NO) y amoníaco (NH₃ )) y acuoso ([aq] ) productos (CN–, nitrito + nitrato, NH + 4 y urea) en experimentos nocturnos. Los puntos de datos representan experimentos individuales con diferentes CO₂ fracciones. Experimentos sin ningún H₂ Y CO₂ están indicados por cuadrados y no están incluidos en los ajustes. Las líneas son los mejores ajustes lineales para la dependencia entre CO₂ Concentración y abundancia final de productos. Las mediciones por debajo del límite de detección (flechas) se incluyen como (Límite de detección / √ 2) en el proceso de ajuste. Las áreas sombreadas dan un rango de 1σ. No se presenta ningún ajuste para el metano ya que todos los valores medidos caen dentro de un rango de 1σ de 0 (línea roja), para el óxido nitroso ya que no hay una tendencia visible en los datos, y para la urea porque la mayoría de las medidas para CO₂ > 1% por debajo del límite de detección. Las abundancias de HCN y NH3 se calculan a partir de las abundancias acuosas medidas de CN– y NH. ⁺⁴ , respectivamente. — astro-ph.EP

Patrick Barth, Eva E. Stüeken, Christiane Helling, Edward W. Schwieterman, Jon Telling
Comentarios: Aceptado para publicación en Astronomy & Astrophysics. 30 páginas, 22 figuras (incluido el apéndice)
Asignaturas: Astrofísica terrestre y planetaria (astro-ph.EP)
Citar como: arXiv:2402.13682 [astro-ph.EP] (o arXiv:2402.13682v1 [astro-ph.EP] para esta versión)
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Por: Patricio Barth
[v1] Miércoles 21 de febrero de 2024 10:34:53 UTC (1360 KB)
https://arxiv.org/abs/2402.13682
Astrobiología