MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798384093978
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31490643
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a520
■1001  ▼aCurrie,  Miles  Harrison.
■24510▼aSearching  for  Signs  of  Habitability  and  Life  in  the  Era  of  Extremely  Large  Telescopes
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Washington▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a268  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Meadows,  Victoria  S.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Washington,  2024.
■520    ▼aWe  are  entering  an  exciting  era  for  astrobiology,  with  terrestrial  exoplanet  characterization  studies  now  underway  with  the  JWST  and  the  next  generation  of  ground-based  Extremely  Large  Telescopes  (ELTs)  expected  to  be  online  by  the  end  of  the  decade.  However,  the  prospects  for  searching  for  signs  of  habitability  and  life  with  the  upcoming  30  m  class  ELTs  are  not  yet  thoroughly  explored.  Specifically,  it  is  not  well  understood  the  extent  to  which  the  high  resolution  spectroscopy  and  high  contrast  imaging  capabilities  of  the  ELTs  can  be  leveraged  to  characterize  terrestrial  exoplanet  atmospheres.  Previous  theoretical  studies  on  ELT  capabilities  have  focused  on  the  detectability  of  the  biosignature  gas  O2  in  Earth-twin  atmospheres,  but  have  not  rigorously  considered  the  environmental  context  gained  by  detecting  other  molecules.  Models  that  produce  atmospheres  that  are  photochemically  self-consistent  with  their  host  stars  can  be  used  to  show  how  additional  molecules  reveal  more  about  the  planet  and  its  processes,  either  strengthening  the  interpretation  of  O2  as  a  biosignature,  or  ruling  in  or  out  biosignature  false  positive  mechanisms  that  can  generate  abiotic  O2.  Furthermore,  our  ability  to  use  future  ELT  observations  to  observationally  constrain  the  composition  of  nearby  transiting  and  non-transiting  terrestrial  exoplanets  is  uncertain,  and  could  provide  independent  avenues  for  determining  the  origin  of  O2  in  particular.The  goal  of  this  dissertation  is  to  explore  and  define  the  terrestrial  exoplanet  characterization  capabilities  of  the  upcoming  ELTs,  which  can  complement  and  support  JWST  and  the  future  Habitable  Worlds  Observatory  (HWO)  NASA  flagship  mission.  To  that  end,  this  work  provides  recommendations  and  observational  protocols  that  will  enhance  and  maximize  the  science  of  the  ELTs  to  search  for  signs  of  habitability  and  life  in  terrestrial  exoplanet  atmospheres,  laying  the  foundation  for  ground-based  terrestrial  exoplanet  science  in  the  near  term,  and  space-based  characterization  studies  in  the  future.  In  this  work,  we  develop  and  apply  techniques  for  analyzing  simulated  high-resolution  ground-based  spectra  and  retrieving  molecular  abundances  in  simulated  ELT  data.Our  approach  extends  well  beyond  current  approaches  for  characterizing  terrestrial  exoplanet  atmospheres  with  the  ELTs  by  considering  the  detectability  of  a  suite  of  molecular  species  that  can  help  constrain  the  origin  of  atmospheric  O2,  and  provide  further  environmental  context  for  a  potential  biosignature  detection.  We  simulated  ELT  detectability  of  atmospheric  molecules  for  a  range  of  different  inhabited  and  uninhabited  terrestrial  atmosphere  types,  as  well  as  a  sub-Neptune  atmosphere,  for  planets  orbiting  M  dwarf  host  stars.  We  found  that  CH4,  CO2,  H2O,  and  CO  are  all  potentially  detectable  for  both  transiting  and  non-transiting  terrestrial  exoplanets,  and  that  two  biosignature  pairs  (O2/CH4  and  CO2/CH4)  may  be  detectable  for  nearby  Earth-like  worlds  in  ∼  10  hours  of  observing  for  Proxima  Centauri  b,  the  nearest  non-transiting  target.  Furthermore,  we  may  be  able  to  discriminate  biosignature  false  positive  environments  using  the  direct  imaging  capabilities  of  the  ELTs  by  detecting  CO,  an  indicator  gas  for  several  false  positive  cases,  in  as  little  as  10  hours  for  nearby  targets.  We  could  also  identify  false  positives  by  searching  for  signs  of  significant  abiotic  O2  buildup  via  H2O  photolysis,  which  may  be  possible  in    100  hours  of  observing  time.  Discriminating  the  atmospheres  of  non-transiting  planets  as  either  terrestrial-  or  sub-Neptune-like  may  also  be  possible  via  spectral  characterization  in  ∼  1  hour  of  observing  with  the  ELTs  to  detect  absorption  from  hydrogen-bearing  species  such  as  NH3.  We  also  explore  our  ability  to  measure  the  abundance  of  O2  in  habitable  Proxima  Centauri  b  atmospheres  using  atmospheric  retrieval  methods  for  high-resolution  cross-correlation  spectroscopy  for  the  first  time,  and  we  find  that  we  may  be  able  to  measure  Earth-like  O2  abundances  or  lower  (≤  21%  O2)  in  100  hours  of  observing  the  O2  A-band;  however,  retrieving  high  O2  abundances  in  post-ocean  loss  scenarios  with  thick  atmospheres  may  be  challenging  due  to  significant  saturation  of  the  O2  A-band.  Considering  other  O2  bands  that  are  less  prone  to  saturation  or  searching  for  the  spectral  features  of  O2-O2  collisionally-induced  absorption  may  instead  be  used  to  identify  this  scenario.  This  dissertation  proposes  future  ELT  observing  protocols  and  observational  strategies  for  characterizing  terrestrial  exoplanets.  The  tools  we  have  developed  will  continue  to  be  relevant  in  the  preparation  for  the  analysis  of  the  first  ELT  transit  transmission  and  reflected  light  observations  of  nearby  terrestrial  exoplanets,  as  well  as  for  the  development  of  future  ground-  and  space-based  instrumentation  and  science  strategies.  The  code  and  methodology  developed  in  this  work  are  available  to  the  exoplanet  and  astrobiology  communities.
■590    ▼aSchool  code:  0250.
■650  4▼aAstronomy
■650  4▼aAstrophysics
■650  4▼aPlanetology
■650  4▼aGeophysics
■653    ▼aBiosignatures
■653    ▼aDirect  imaging
■653    ▼aExtremely  Large  Telescopes
■653    ▼aHabitability
■653    ▼aHigh-resolution  spectroscopy
■653    ▼aTerrestrial  atmospheres
■690    ▼a0606
■690    ▼a0596
■690    ▼a0590
■690    ▼a0373
■71020▼aUniversity  of  Washington▼bAstronomy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0250
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163599▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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