类 GJ 436 b 行星的高能粒子环境

约束系外行星大气中高能粒子影响的一个关键第一步是探测由恒星高能粒子和银河系宇宙线引起的电离化学特征。我们聚焦于 GJ$\,$436，一颗被充分研究的 M 型矮星，拥有一颗温暖的 Neptune 类系外行星。我们展示了如何由恒星 X 射线光度估算恒星高能粒子的最大动量。我们模拟了高能粒子在假设系外行星大气中从 GJ$\,$436 起轨道距离 $a=0.01-0.2\,$au（包括 GJ$\,$436$\,$b 的轨道距离 0.028$\,$au）的传输。对于这些距离，我们发现，在大气顶层，恒星高能粒子电离分子氢的速率为 $\zeta_{\rm StEP,H_2} \sim 4\times10^{-10}-2\times10^{-13}\,\mathrm{s^{-1}}$。相比之下，仅银河系宇宙线导致的速率为 $\zeta_{\rm GCR, H_2}\sim2\times 10^{-20}-10^{-18} \,\mathrm{s^{-1}}$。在 10 au 处，我们发现银河系宇宙线引起的电离等于恒星高能粒子：$\zeta_{\rm GCR,H_2} = \zeta_{\rm StEP,H_2} \sim 7\times10^{-18}\,\rm{s^{-1}}$（大气顶层电离速率）。在 GJ$\,$436$\,$b 的轨道距离处，恒星高能粒子导致的最大离子对产生速率出现在压力 $P\sim 10^{-3}\,$bar 处，而银河系宇宙线在 $P>10^2\,$bar 时占主导。这些高压与撞击后早期地球大气的预期值相近。本文呈现的结果将用于量化温暖 Neptune 类大气中高能粒子的化学特征。