孕育行星大气的三维宇宙海岸线

人们已经提出了各种“宇宙海岸线”来界定哪些行星拥有大气层。单个行星大气的命运可能由生长与损失过程的复杂海洋所决定，这些过程受不可测量的环境因素或未知的历史事件驱动。然而，定义种群层面的边界有助于阐明哪些过程起作用，并确定未来大气搜索的高优先级目标。在此，我们提供了一个统计框架，用于推断基于辐照的宇宙海岸线的位置、形状和模糊性，该海岸线定义在行星逃逸速度、行星接收的测辐射通量和宿主星光度的三维空间中。我们通过在海岸线定义中包含光度，明确建模了此类大气逃逸驱动因素在低光度 M 矮星处如何急剧增强，并对相关不确定性进行边缘化处理，从而规避了估计单个宿主星历史 X 射线和极紫外注量的需求。使用太阳系和系外行星大气约束，在单一平面边界适用于宽泛参数空间的假设下，我们发现大气临界通量阈值随逃逸速度按幂律指数 $p=5.9_{-0.43}^{+0.61}$ 变化，比文献中经典的 $p=4$ 斜率更陡；并随恒星光度按幂律指数 $q=1.17_{-0.20}^{+0.28}$ 变化，该斜率足够陡峭，以至于对于光度低于 $\log_{10} (L_\star/L_\odot) = -2.23_{-0.21}^{+0.18}$（大约对应光谱型 M4V）的恒星，不倾向于在其宜居带内的地球大小行星上存在大气层。该模型对任何行星可能拥有大气的概率提供了定量预测，可通过即将进行的 JWST 岩石世界观测进行严格检验。