El agotamiento del carbono atmosférico como marcador del agua del océano y la biomasa en exoplanetas terrestres templados

El agotamiento del carbono atmosférico como marcador del agua del océano y la biomasa en exoplanetas terrestres templados

Ilustración de nuestra estrategia para detectar un entorno exoplanetario habitable mediante el agotamiento de CO2. Cada uno de los planetas ubicados a la derecha de la estrella describe un escenario diferente mencionado en el texto (acompañado de ilustraciones de concentraciones atmosféricas). El panel izquierdo representa una simulación del espectro de transmisión del planeta terrestre templado TRAPPIST-1 f. Exploramos la detectabilidad de una atmósfera con aproximadamente 10 observaciones de tránsito de JWST/NIRSpec Prism, el mínimo necesario para producir un diagnóstico confiable. Tenga en cuenta que la desviación de una señal plana (sin atmósfera) se debe principalmente a las fuertes características de absorción del CO2, en particular a 4,3 µm (resaltado). Para realizar este panel se utilizaron 142 modelos exoatmosféricos. Abajo a la derecha ilustramos una vista simplificada de un ciclo del carbono que involucra un ciclo de secuestro y biología de agua líquida superficial y que produce el agotamiento del carbono atmosférico. Las concentraciones atmosféricas dadas cerca de los planetas son ilustrativas. astro-ph.EP

Los observables convencionales que identifican un entorno habitable o habitado en exoplanetas, como un reflejo del océano o abundante O2 atmosférico, serán difíciles de detectar con los observatorios actuales o futuros.

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Aquí os ofrecemos una nueva firma. Una baja abundancia de carbono en la atmósfera de un planeta rocoso templado, en relación con otros planetas del mismo sistema, indica la presencia de una cantidad sustancial de agua líquida, placas tectónicas y/o biomasa. Mostramos que JWST ya puede realizar dicha búsqueda en algunos sistemas seleccionados como TRAPPIST-1 a través de la banda de CO2 a 4,3 μm, que se encuentra en un punto espectral ideal donde el presupuesto general de ruido y el efecto de las nubes/nieblas son óptimos.

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Proponemos una estrategia de 3 pasos para el tránsito de exoplanetas: 1) detección de una atmósfera alrededor de planetas terrestres templados en aproximadamente 10 tránsitos para los sistemas más favorables, (2) evaluación del agotamiento del carbono atmosférico en aproximadamente 40 tránsitos, (3) O3 mediciones de abundancia para desentrañar el agotamiento del carbono sustentado por el agua y la biomasa en aproximadamente 100 tránsitos.

El concepto de agotamiento de carbono como señal de habitabilidad también se aplica a los telescopios de imágenes directas de próxima generación.

Amaury HMJ Triaud, Julien de Wit, Frieder Klein, Martin Turbet, Benjamin V. Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden, Oliver E. Jagoutz, Matej Pec, Janusz J. Petkowski, Sara Seager, Franck Selsis

Comentarios: 35 páginas, 5 figuras.
Asignaturas: Astrofísica terrestre y planetaria (astro-ph.EP)
Citar como: arXiv:2310.14987 [astro-ph.EP] (o arXiv:2310.14987v1 [astro-ph.EP] para esta versión)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.14987
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Por: Amaury Triaud
[v1] Lunes, 23 de octubre de 2023 14:37:15 UTC (1094 KB)
https://arxiv.org/abs/2310.14987
Astrobiología,

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