Stellar winds and exo-earths: A study of their mutual iteraction
- Autores: Ada Canet Varea
- Directores de la Tesis: Ana Inés Gómez de Castro (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 181
- Títulos paralelos:
- Vientos estelares y exo-tierras: Un estudio de su interacción mutua
- Tribunal Calificador de la Tesis: David Montes Gutiérrez (presid.) , Antonio Bru Espino (secret.) , Jacobo Varela Rodríguez (voc.) , Ricardo Hueso Alonso (voc.) , Shingo Kameda (voc.)
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
- Resumen
- español
La detección y caracterización de exoplanetas similares a la Tierra, así como la observación de nuestro propio planeta, han revelado la existencia de extensas atmósferas de hidrógeno alrededor de estos cuerpos, correspondientes a diferentes etapas evolutivas. Dada su gran extensión, estas envolturas son susceptibles de ser detectadas a través de trazadores espectroscópicos en longitudes de onda en el rango ultravioleta.
Las atmósferas planetarias interaccionan con el constante flujo de protones y electrones eyectados desde la corona de la estrella anfitriona, los denominados vientos estelares. Estos vientos modifican la morfología de las atmósferas planetarias, pudiendo asimismo desencadenar pérdidas de masa atmosférica, así como la aparición de diferentes estructuras potencialmente detectables, características de esta interacción.
En la presente tesis doctoral, se estudia la interacción entre los vientos estelares y planetas similares a la Tierra en diversas etapas evolutivas; desde la presencia de extensas envolturas primordiales de hidrógeno en etapas prematuras, pasando por planetas que han perdido por completo su atmósfera primordial, hasta la interacción con una exosfera similar a la presente en la Tierra. Esta interacción es descrita a través de la evolución magnetohidrodinámica de los plasmas involucrados, donde el fuerte de nivel de acoplamiento no lineal entre las magnitudes que controlan la evolución del sistema requiere del uso de la simulación numérica. En este trabajo, se ha utilizado el código de simulación PLUTO, ampliamente utilizado en la simulación de plasmas astrofísicos.
En un primer estudio, se examina la interacción entre exosferas similares a la terrestre y los vientos de estrellas de diferentes niveles de actividad. La supervivencia de las exosferas de hidrógeno ionizado depende por completo de la intensidad de los vientos estelares. En estrellas muy activas, las atmósferas son rápidamente barridas, mientras que en estrellas con una actividad moderada, se forman extensos frentes de choque alrededor de estos planetas, incrementando los niveles de densidad en la vecindad planetaria. En un segundo estudio, se investiga el escenario en el que el planeta ha perdido por completo su atmósfera primordial. La interacción de los vientos en régimen súper magnetosónico rápido conduce a la formación de frentes de choque, cuya compresión y extensión es parametrizada en función de los números de Mach característicos del viento estelar. La formación de magnetosferas inducidas alrededor del planeta no magnetizado desempeña un papel crucial en la posición estacionaria de los frentes de choque.
En un tercer estudio, se presentan los resultados de la interacción de los vientos estelares y las atmósferas primordiales en planetas terrestres. La extensión de la atmósfera de hidrógeno es reducida considerablemente en épocas tempranas bajo la acción de vientos de estrellas de alta rotación. En el caso de estrellas de baja rotación, las atmósferas presentan no presentan cambios significativos en su evolución. La erosión causada por la acción de los vientos estelares es despreciable en comparación con la pérdida de masa ocasionada por la radiación de la estrella.
La Tierra constituye un laboratorio a gran escala para estudiar la respuesta de las exosferas de hidrógeno frente al viento solar. Esta tesis concluye con la descripción de la misión EarthASAP, un satélite lunar diseñado para cubrir dicho propósito, y cuya propuesta inspiró el estudio que se presenta en esta tesis.
En resumen, esta tesis representa un estudio exhaustivo de la interacción entre planetas similares a la Tierra y los vientos estelares a lo largo de todas las etapas evolutivas. Este enfoque permite caracterizar la formación de estructuras como resultado de dicha interacción, lo que proporciona información crucial sobre las características de planetas potencialmente habitables.
- English
Among the numerous factors that influence the habitability of a planet, the presence of an atmosphere isa crucial element for sustaining life. However, the atmosphere of a planet such as Earth, is far from being static; it is a system in constant evolution, with significant changes in its composition and properties throughout its existence. The detection and characterization of planets beyond our Solar System, as well as observation of the Earth, reveal the presence of extended hydrogen atmospheres around these planets, albeit at differente volutionary stages. Given their significant extension, these gaseous envelopes are susceptible to be detected using spectroscopic tracers in ultraviolet wavelengths...
- español
