Загадка фосфина: находка в атмосфере коричневого карлика вызывает новые вопросы
Астрономы обнаружили неуловимый газ на Wolf 1130C, но задаются вопросом, почему он не так распространен в других коричневых карликах.
Фосфор, являющийся одним из ключевых элементов для жизни на Земле, в соединении с водородом образует токсичный и взрывоопасный газ фосфин (PH₃). На планетах земной группы, включая Землю, природные источники этого газа ограничены, и его наличие часто связывают с биологическими процессами, такими как анаэробное разложение органики. Фосфин, обнаруженный в атмосферах газовых гигантов Юпитера и Сатурна, давно признан возможным биосигналом анаэробной жизни, поскольку в атмосферах планет земной группы его природных источников мало. На Земле фосфин является побочным продуктом разложения органического болотного материала.
Недавнее открытие фосфина в атмосфере холодного древнего коричневого карлика Wolf 1130C, сделанное группой исследователей под руководством профессора Адама Бургассера из Калифорнийского университета в Сан-Диего, стало значимым событием в астрономии. Результаты работы, опубликованные в журнале Science, основаны на данных космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) и поднимают важные вопросы о химии фосфора в атмосферах внесолнечных объектов.
До запуска JWST теоретические модели предсказывали, что фосфин должен быть широко распространен в атмосферах газовых гигантов и коричневых карликов — объектов, занимающих промежуточное положение между планетами и звездами. Эти предсказания основывались на процессах турбулентного перемешивания, характерных для таких атмосфер. Однако наблюдения за другими экзопланетами и коричневыми карликами с помощью JWST не подтвердили ожидаемого обилия фосфина, что указало на пробелы в понимании химии фосфора. Ситуация изменилась, когда телескоп направил свои инструменты на систему Wolf 1130ABC, расположенную в 54 световых годах от Солнца в созвездии Лебедя. Коричневый карлик Wolf 1130C, вращающийся вокруг двойной звездной системы (холодной красной звезды Wolf 1130A и массивного белого карлика Wolf 1130B), оказался уникальным объектом благодаря низкому содержанию металлов — элементов тяжелее водорода и гелия.
Используя инфракрасные спектральные данные JWST, исследователи однозначно обнаружили фосфин в атмосфере Wolf 1130C. Для количественной оценки содержания газа была применена методика атмосферного восстановления. Этот метод позволил определить молекулярный состав атмосферы и показал аномально высокое содержание фосфина. Открытие стало первым случаем, когда предсказания теоретических моделей совпали с наблюдательными данными JWST для фосфина.
Главный вопрос, возникший после этого открытия, заключается в том, почему фосфин присутствует в атмосфере Wolf 1130C, но отсутствует у других коричневых карликов. Исследователи предложили два возможных объяснения. Первое связано с низкой металличностью Wolf 1130C. В атмосферах с нормальным содержанием металлов фосфор может связываться с другими элементами, например с кислородом, образуя соединения вроде триоксида фосфора. Однако в бедной металлами среде Wolf 1130C кислорода недостаточно для такого связывания, что позволяет фосфору вступать в реакцию с обильным водородом и формировать фосфин. Эта гипотеза требует проверки путем поиска фосфина в атмосферах других металлодефицитных коричневых карликов с помощью JWST.
Второе объяснение касается возможного локального синтеза фосфора в системе Wolf 1130ABC. Белый карлик Wolf 1130B, являющийся компактным остатком звезды, мог в прошлом переживать вспышки новых — термоядерные взрывы на поверхности, вызванные аккрецией вещества. Хотя в наблюдаемой истории системы такие события не зафиксированы, циклы вспышек могут занимать тысячи лет. Ранние, не зарегистрированные вспышки могли привести к синтезу фосфора, который затем был перенесен на орбиту коричневого карлика. Эта идея согласуется с исследованиями, предполагающими, что значительная часть фосфора в Млечном Пути образовалась в процессах, связанных с новыми.
Значение этого открытия выходит за рамки изучения коричневых карликов. Понимание химии фосфина в атмосферах, где жизнь невозможна, критически важно для корректной интерпретации данных при поиске биосигналов на планетах земного типа. Если фосфин будет обнаружен в атмосферах скалистых экзопланет, ученым потребуется отличать его абиогенные источники от потенциально биологических. Таким образом, исследование Wolf 1130C не только углубляет знания о химии фосфора в Галактике, но и закладывает основу для будущих поисков жизни за пределами Солнечной системы. Работа демонстрирует мощь JWST в изучении атмосферной химии и подчеркивает необходимость уточнения текущих теоретических моделей.
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
