Wykrycie fosfiny w atmosferze tajemniczego Wolf 1130C rodzi więcej pytań niż odpowiedzi. Astronomowie zastanawiają się, dlaczego ten potencjalny „znak życia” jest tak nieuchwytny w kosmosie, a w tym jednym, starożytnym obiekcie, jest go pod dostatkiem.
Fosfor jest jednym z sześciu fundamentów życia, jakie znamy na Ziemi. Gdy łączy się z wodorem, tworzy fosfinę (PH3) – gaz wybuchowy, silnie toksyczny, a w astronomii niezwykle intrygujący. Na naszej planecie fosfina powstaje w procesach beztlenowego rozkładu materii organicznej, na przykład na bagnach. Ponieważ w atmosferach planet skalistych trudno o inne naturalne źródła tego gazu, od dawna uznaje się go za potencjalną biosygnaturę – chemiczny odcisk palca życia beztlenowego. Widujemy ją w atmosferach gazowych olbrzymów Układu Słonecznego, Jowisza i Saturna, gdzie powstaje naturalnie.
Dlatego międzynarodowy zespół badawczy, pod kierownictwem profesora Adama Burgassera z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, ogłosił niezwykłe odkrycie. Korzystając z najnowocześniejszego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) – pierwszego instrumentu o wystarczającej czułości – wykryli oni fosfinę w atmosferze chłodnego, starego i ubogiego w metale brązowego karła o nazwie Wolf 1130C. Wyniki prac ukazały się na łamach prestiżowego czasopisma Science.
Brązowe karły to fascynujące obiekty, często nazywane nieudanymi gwiazdami, ponieważ są zbyt małe, by rozpocząć stabilną fuzję wodoru. Przez lata teoretyczne modele przewidywały, że burzliwe mieszanie gazów w atmosferach tych obiektów, podobnie jak u masywniejszych gazowych olbrzymów, powinno prowadzić do powszechnej obecności fosfiny. A jednak...
Tajemnica brakującej fosfiny
Dotychczasowe obserwacje, nawet z użyciem JWST, regularnie podważały te przewidywania. Fosfina pozostawała w dużej mierze niewykrywalna w atmosferach egzoplanet i większości brązowych karłów. Każda obserwacja, jaką uzyskaliśmy za pomocą JWST, podważała przewidywania teoretyczne – aż do momentu zaobserwowania Wolf 1130C – przyznaje współautor badania, Sam Beiler, który kierował wcześniejszymi pracami nad brakiem tego gazu.
Tymczasem w Wolf 1130C, okrążającym układ podwójny (złożony z zimnego podkarła i masywnego białego karła) w odległości 54 lata świetlne w gwiazdozbiorze Łabędzia (układ Wolf 1130ABC), fosfinę wykryto z zaskakującą łatwością.
Kluczowe stało się dokładne określenie ilości tego gazu. Jak wyjaśnia współautorka Eileen Gonzales: Aby to zrobić, zastosowałam technikę modelowania znaną jako odzyskiwanie atmosferyczne. To jak inżynieria odwrotna naprawdę pysznego ciasteczka, gdy szef kuchni nie chce zdradzić przepisu. Modele Gonzales ujawniły, że w Wolf 1130C fosfina jest sekretnym, a na dodatek obfitym składnikiem atmosfery.
Dlaczego ten brązowy karzeł jest inny?
Odkrycie to, choć ekscytujące, natychmiast rodzi fundamentalne pytanie: dlaczego Wolf 1130C ma fosfinę, skoro większość innych obiektów kosmicznych jej nie ma?
Naukowcy rozważają dwie główne hipotezy:
1. Niska zawartość metali: Wolf 1130C jest brązowym karłem ubogim w metale. Według hipotezy, w normalnych atmosferach fosfor jest związany z tlenem, tworząc cząsteczki takie jak trójtlenek fosforu. W ubogiej w metale atmosferze Wolf 1130C brakuje wystarczającej ilości tlenu, co zmusza fosfor do łączenia się z obfitym wodorem, prowadząc do powstania fosfiny. Zespół ma zamiar zweryfikować to za pomocą dalszych obserwacji JWST na innych karłach ubogich w metale.
2. Zanieczyszczenie przez białego karła: Drugi pomysł jest bardziej dramatyczny. Fosfor mógł zostać wytworzony w układzie Wolf 1130ABC, a konkretnie przez jego towarzysza – białego karła (Wolf 1130B). Białe karły, będące pozostałościami po gwiazdach, są tak gęste, że akrecja materii na ich powierzchnię może wywołać niekontrolowane reakcje jądrowe, obserwowane jako nowe klasyczne. Chociaż obecnie nie widać aktywności, cykle rozbłysków nowych trwają tysiące lat. Wczesne rozbłyski mogły zanieczyścić system fosforem, który następnie trafił do atmosfery brązowego karła. Wcześniejsze badania sugerowały, że znaczna część fosforu w Drodze Mlecznej mogła zostać zsyntetyzowana w tym procesie.
Wnioski dla poszukiwania życia
Zrozumienie chemii fosfiny w nieudanych gwiazdach, takich jak Wolf 1130C, ma kluczowe znaczenie dla astrobiologii. Profesor Burgasser podsumowuje: Zrozumienie chemii fosfiny w atmosferach brązowych karłów, gdzie nie spodziewamy się życia, jest kluczowe, jeśli chcemy wykorzystać tę cząsteczkę w poszukiwaniu życia na planetach skalistych poza naszym Układem Słonecznym.
Odkrycie to jest przypomnieniem, że kosmiczna chemia jest znacznie bardziej skomplikowana, niż przewidują nasze modele, i otwiera nową ścieżkę do zrozumienia fundamentalnego pierwiastka życia we Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Detection of Phosphine in a Brown Dwarf Atmosphere Raises More Questions
- Observation of undepleted phosphine in the atmosphere of a low-temperature brown dwarf
Na ilustracji: Schemat potrójnego układu Wolf 1130ABC, składającego się z czerwonego karła Wolf 1130A, jego bliskiego i zwartego towarzysza, białego karła Wolf 1130B, oraz odległego brązowego karła Wolf 1130C. Trzy składniki tego układu są pokazane w skali odpowiadającej ich względnym rozmiarom. Źródło: Adam Burgasser
