Valutare la gamma plausibile delle firme biologiche del protossido di azoto sulla Terra esterna: un approccio integrato di modellizzazione biochimica, fotochimica e spettroscopica.

I risultati di GENIE mostrano (a) tassi di denitrificazione, (b) concentrazioni di ossigeno sulla superficie e (c) concentrazioni di ossigeno sul fondo in funzione dell’ossigeno atmosferico (in termini di % di PAL; asse x) e della disponibilità di fosfato (in termini di POL ; asse y). La denitrificazione è migliorata a livelli intermedi di ossigeno atmosferico, dove c’è abbastanza O2 nelle acque superficiali per stimolare la produzione di nitrati in superficie mediante nitrificazione, ma insufficiente O2 per fornire ossigeno all’oceano profondo, che può inibire la denitrificazione.

Astro-ragazza

Il protossido di azoto (N2O) – un prodotto del metabolismo dell’azoto microbico – è un gas con un’impronta vitale su un esopianeta con caratteristiche spettrali distintive nel vicino e medio infrarosso e fonti abiotiche minori sulla Terra.

Precedenti indagini sul protossido di azoto come biota hanno esaminato scenari utilizzando rapporti di miscelazione, flussi superficiali simili al protossido di azoto o quelli dedotti dalla documentazione geologica della Terra. Tuttavia, i flussi biologici di protossido di azoto possono essere molto più elevati, a causa della mancanza di catalizzatori metallici o se non si sviluppa l’ultimo passaggio del metabolismo di denitrificazione che produce N2 da N2O.

Qui, utilizziamo un modello biochimico globale combinato con modelli fotochimici e spettroscopici per stimare sistematicamente i limiti dell’abbondanza plausibile di N2O e della rilevabilità spettrale per gli isotopi della Terra in orbita attorno alle stelle della sequenza principale (FGKM).

Esaminiamo l’accumulo di N2O in un intervallo di condizioni di ossigeno (1%-100% del livello atmosferico attuale) e il flusso di N2O (0,01-100 teramoli all’anno; Tmol = 10^12 moli) coerenti con la storia della Terra. Troviamo che i flussi di N2O sono 10 [100] Tmol anno 1 può portare a un’abbondanza massima di N2O di ~5 [50] ppm per gli isotopi Terra-Sole, 90 [1600] ppm per la Terra intorno alla fine di K e 30. nani [300] PPM per TRAPPIST-1e Earthlike.

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Simuliamo gli spettri di emissione e trasmissione di concentrazioni medie e massime di protossido di azoto rilevanti per i telescopi spaziali attuali e futuri. Calcoliamo la rilevabilità delle caratteristiche spettrali del protossido di azoto per gli scenari ad alto flusso di TRAPPIST-1e con JWST. Esaminiamo potenziali falsi positivi, tra cui azoto chimico e produzione abiotica attraverso l’attività stellare, e identifichiamo i fattori spettrali chiave e le caratteristiche contestuali per confermare o confutare la biogenesi di N2O osservata.

Edward W. Schwitterman, Stephanie L. Olson, Daria Bedhorodetska, Christopher T. Reinhard, Ainsley Ganty, Thomas J. Fuchs, Sandra T. Pastelberger, Jaime S. Cross, Andy Ridgewell, Timothy W. Lyons

Commenti: 22 pagine, 17 cifre; ABJ, 937, 109
Argomenti: Astrofisica della Terra e Planetaria (astro-ph.EP)
Citato come segue: arXiv: 2210.01669 [astro-ph.EP] (o arXiv: 2210.01669v1 [astro-ph.EP] per questa versione)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.01669
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Riferimento rivista: ApJ, 937, 109 (2022)
DOI correlato:
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac8cfb
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Data di presentazione
Chi: Edward Schwitterman
[v1] Martedì 4 ottobre 2022 15:18:33 UTC (3599 KB)
https://arxiv.org/abs/2210.01669
astrobiologia,

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