Supervivencia de atmósferas terrestres de N2-O2 en entornos XUV violentos mediante enfriamiento radiativo nuclear eficiente

Las atmósferas juegan un papel importante en hacer que los planetas sean habitables. Alrededor de las enanas M y las estrellas jóvenes similares al Sol, los planetas inductores como la Tierra actual están expuestos a intensos rayos X estelares y radiación ultravioleta extrema (XUV).

Este estudio examina la cuestión fundamental de si la atmósfera de la Tierra actual puede sobrevivir en entornos XUV tan duros. Estudios teóricos previos han sugerido que la radiación XUV estelar es lo suficientemente intensa como para eliminar por completo tales atmósferas en escalas de tiempo cortas. En este estudio, desarrollamos un nuevo modelo de atmósfera superior y reexaminamos las respuestas térmicas e hidrodinámicas de la estructura termosférica de una atmósfera de N2-O2 similar a la de la Tierra en un planeta de masa terrestre a un aumento en la radiación XUV. Nuestro modelo incluye los efectos del enfriamiento radiativo a través de transiciones electrónicas de átomos e iones, conocido como enfriamiento de línea atómica, además de los procesos explicados por modelos anteriores.

Demostramos que el enfriamiento de la línea nuclear domina el efecto hidrodinámico en los niveles de radiación XUV que son muchas veces más altos que los niveles actuales de la Tierra. Como resultado, la composición de la atmósfera se mantiene casi hidrostática y su emisión sigue siendo hasta mil veces más lenta que la actual de la Tierra, incluso a niveles de radiación XUV. Nuestras estimaciones de las tasas de escape de genes de las atmósferas de N2-O2 sugieren que estas atmósferas de 1 bar sobreviven a las primeras fases activas de las estrellas similares al Sol. Incluso alrededor de enanas M tardías activas, las atmósferas de N2-O2 pueden evitar una pérdida significativa de calor en escalas de tiempo de Giga años. Estos resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre los exoplanetas terrestres y la historia del clima de la Tierra.

Akifumi Nakayama, Masahiro Ikoma, Naoki Terada

Comentarios: Publicado en ApJ el 29 de septiembre de 2022
Asignaturas: Astrofísica Planetaria y de la Tierra (astro-ph.EP); Física Atmosférica y Oceánica (física.ao-ph)
Cita: arXiv:2210.01460 [astro-ph.EP] (o arXiv:2210.01460v1 [astro-ph.EP] para esta versión)
DOI correspondiente:
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac86ca
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Publicado por: Akifumi Nakayama
[v1] martes, 4 de octubre de 2022 08:33:34 UTC (1944 KB)
https://arxiv.org/abs/2210.01460
Astronomía