前生物特征分子可在温带系外行星大气中由 JWST 探测到
地球与行星天体物理
2023-11-29 v1
摘要
系外行星上生物特征的搜寻将生物学与生物化学领域与天文观测联系起来，期望我们或许能探测到太阳系外世界上活跃生物过程的证据。本文关注系外行星表征中连接天文学与预生物化学的一个互补方面：搜寻与生命起源相关的分子，即前生物特征（prebiosignatures）。行星大气中的前生物特征巡测既有可能约束银河系中生命的普遍性，也能在实验室环境之外对当前的预生物合成提供重要检验。在此，我们量化了利用 JWST 透射光谱探测所需已识别前生物特征分子的最低丰度。我们考虑了五类类地行星上的前生物特征：海洋行星、火山行星、撞击后行星、超级地球和早期地球类似物。利用一种新颖的建模与探测检验流程，并结合模拟的 JWST 噪声，我们找到了在低平均分子量（<5）的多种大气中氰化氢（HCN）、硫化氢（H2S）、氰基乙炔（HC3N）、氨（NH3）、甲烷（CH4）、乙炔（C2H2）、二氧化硫（SO2）、一氧化氮（NO）、甲醛（CH2O）和一氧化碳（CO）的探测阈值。我们检验了这些探测阈值对 M 型矮星目标星和观测凌星次数的依赖关系，发现仅需少量凌星次数（1–10）即可在众多候选行星上探测到前生物特征，包括具有高平均分子量大气的 TRAPPIST-1e。我们发现 NIRSpec G395M/H 仪器最适合探测大多数前生物特征。
引用
@article{arxiv.2306.02897,
title = {Prebiosignature Molecules Can Be Detected in Temperate Exoplanet Atmospheres with JWST},
author = {Alastair Claringbold and Paul Rimmer and Sarah Rugheimer and Oliver Shorttle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.02897},
year = {2023}
}
备注
28 pages, 12 figures, accepted for publication in AJ