We simulate atmospheric fractionation in escaping planetary atmospheres using IsoFATE, a new open-source numerical model. We expand the parameter space studied previously to planets with tenuous atmospheres that exhibit the greatest helium and deuterium enhancement. We simulate the effects of EUV-driven photoevaporation and core-powered mass loss on deuterium-hydrogen and helium-hydrogen fractionation of sub-Neptune atmospheres around G, K, and M stars. Our simulations predict prominent populations of deuterium- and helium-enhanced planets along the upper edge of the radius valley with mean equilibrium temperatures of 370 K and as low as 150 K across stellar types. We find that fractionation is mechanism-dependent, so constraining He/H and D/H abundances in sub-Neptune atmospheres offers a unique strategy to investigate the origin of the radius valley around low-mass stars. Fractionation is also strongly dependent on retained atmospheric mass, offering a proxy for planetary surface pressure as well as a way to distinguish between desiccated enveloped terrestrials and water worlds. Deuterium-enhanced planets tend to be helium-dominated and CH4-depleted, providing a promising strategy to observe HDO in the 3.7 um window. We present a list of promising targets for observational follow-up.
Can Carbon Fractionation Provide Evidence for Aerial Biospheres in the Atmospheres of Temperate Sub-Neptunes?
对其他星球生命迹象的搜寻主要集中在类地行星上。然而，最近的研究认为，生命可能存在于温带亚海王星的大气中。在这里，我们评估二氧化碳同位素作为空中生命证据的有用性。碳同位素特别重要，因为代谢过程优先使用较轻的$^{12}$ C而不是$^{13}$ C。原则上，即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将能够光谱解析CO $_{2}$的$^{12}$ C和$^{13}$ C同位素，但不能解析CO和CH $_{4}$。我们模拟了观测CO $_{2}$同位素在H $_{2}$为主的大气中我们最近的（$< 40$ pc），温带（平衡温度为250-350 K）次海王星与M矮宿主星。我们发现$^{13}$ CO $_{2}$和$^{12}$ CO $_{2}$是可区分的，如果大气层是H $_{2}$为主的几个百分点的CO $_{2}$的最理想的目标与地球一样的组成的两个最丰富的同位素，$^{12}$ CO $_{2}$和$^{13}$ CO $_{2}$。由于类海王星的金属丰度为100 $\times$太阳能，C/O为0.55，我们无法在温带次海王星的大气中区分$^{13}$ CO $_{2}$和$^{12}$ CO $_{2}$。如果大气成分基本上遵循金属丰度标度，则在H $_{2}$占主导地位的大气中，CO $_{2}$的浓度将过低，无法区分CO $_{2}$同位素与JWST。相比之下，在较高…
Atmospheric characterization of HIP 67522 b with VLT/CRIRES+. VLT/CRIRES+ suggests a heavier planet and hints at deuterium fractionation
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université de Toulouse, CNRS UMR 5277（天体物理学与行星学研究所，图卢兹大学）；Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系）；LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎天文台，巴黎文理研究大学）；Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学拉格朗日实验室）；Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（西班牙国家航空航天技术研究所/西班牙国家科学研究委员会天体生物学中心）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（哈佛史密森尼天体物理中心）
Water-rich sub-Neptunes and rocky super Earths around different Stars: Radii shaped by Volatile Partitioning, Formation, and Evolution
Max Planck Institute for Astronomy（马克斯·普朗克天文研究所）；Observatoire de la Côte d’Azur（蔚蓝海岸天文台）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University of Chicago（芝加哥大学）；Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)（安达卢西亚天体物理研究所（IAA-CSIC））；University of Zürich（苏黎世大学）
Atmospheric Modelling for Neptune's Methane D/H Ratio - Preliminary Results
太阳系天体的氘氢比（D/H比）是揭示其形成历史的重要线索。本文将海王星大气模型与双子座近红外光谱仪（GNIRS）高光谱分辨率观测数据进行拟合，确定了甲烷在红外H波段（$\sim$ 1.6 μm）吸收的D/H比。该模型是使用我们的辐射转移软件VSTAR（Versatile Software for the Transfer of Atmospheric Radiation）和大气拟合软件ATMOF（Atmospheric Fitting）导出的。这项工作所使用的甲烷线清单是在过去几年中才得到的，因此可以对以前的估计进行改进。我们确定了行星盘上的一个明亮区域，并发现它对应于一个光学厚的低云。我们初步确定CH $_{\rm 3}$ D/CH $_{\rm 4}$为3.0 $\times10^{-4}$，这与Irwin等人（2014）最近使用相同模型参数和线列表但不同观测数据确定的3.0 $^{+1.0}_{-0.9}\sim\times10^{-4}$一致。这支持了海王星的原太阳冰D/H比远小于彗星的证据，并表明海王星在其目前的轨道内形成。
The D/H ratio in the atmospheres of Uranus and Neptune from Herschel PACS observations
本文分析了Herschel-PACS对天王星和海王星大气中转动R（0）和R（1）HD线的测量结果，以获得两颗行星更精确的D/H比。D/H比的推导还包括红外空间天文台（ISO）上的短波光谱仪先前对R（2）线的测量。讨论了三个转动跃迁的谱线信息，并将其应用于辐射转移计算。所有三条线的最佳同时拟合只需要与天王星的斯皮策温度廓线有一个微小的偏离，与海王星的旅行者温度廓线的偏离限制在2K以内（都在对流层顶附近）。天王星和海王星的D/H比值非常相似，分别为（4.4 $\pm$ 0.4）$\times10^{-5}$和（4.1 $\pm$ 0.4）$\times10^{-5}$。虽然氘富集在两个大气相比，原太阳值得到证实，它被发现是较低的相比，以前的分析。使用Podolak et al.（1995），Helled et al.（2011）和Nettelmann et al.（2013）的内部模型，并假设在行星历史中大气和内部发生完全混合，我们推导出天王星原行星冰的D/H介于（5.75--7.0）$\times10^{-5}$之间，海王星介于（5.1--7.7）$\times10^{-5}$之间。相反，采用彗星的D/H为（15-30）$\times10^{-5}$之间的原行星冰，我们限制两颗行星的内部模型有一个冰的质量分数为14- 32%，即这两颗行星是岩石为主。
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). X. Studying deuteration at high angular resolution toward protoplanetary disks
氘分馏取决于各种物理和化学参数。因此，太阳系中物质的形成位置和热历史往往是通过测量其D/H比来研究的。这就需要了解行星形成时期的氘化过程。我们的目标是研究这些过程，通过径向分辨DCN/HCN（在0.3”分辨率）和N $_2$ D $^+$ /N $_2$ H $^+$（0.3至0.9”）柱密度比对五个原行星盘观测的分子与ALMA在行星形成尺度（MAPS）大计划。在所有五个来源中检测到DCN，其中一个是新报告的检测。N $_2$ D $^+$在四个来源中检测到，其中两个是新报告的检测。我们推导出柱密度分布，使我们能够在高分辨率下研究DCN/HCN和N $_2$ D $^+$ /N $_2$ H $^+$比率的空间变化。DCN/HCN对于磁盘的不同部分变化很大，范围从$10^{-3}$到$10^{-1}$。特别是，与外盘相比，内盘区域通常显示出显著较低的HCN氘代。此外，我们的分析证实，两个氘分馏通道是活跃的，这可以改变的D/H比内池的有机分子。在$\sim$ 50 au以外的冷外部区域发现了N $_2$ D $^+$，在整个盘样品中，N $_2$ D $^+$ /N $_2$ H $^+$的范围在$10^{-2}$和1之间。这与理论预期的N $_2$ H $^+$氘化仅通过低温通道进行是一致的。本文是《天体物理学杂志增刊》MAPS特刊的一部分。
