Detekcja fosfiny w atmosferze brązowego karła Wolf 1130C – nowe tropy w kosmicznej chemii

Brązowy karzeł z fosfiną, czyli dlaczego zagadki chemii kosmicznej się mnożą

Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego potwierdzili obecność fosfiny (PH₃) w atmosferze chłodnego, starożytnego brązowego karła Wolf 1130C. Odkrycie to jest wyjątkowe — mimo oczekiwań, fosfina do tej pory unikała wykrycia zarówno w brązowych karłach, jak i w gazowych olbrzymach orbitujących wokół innych gwiazd.

Fosfor jest jednym z sześciu kluczowych pierwiastków życia na Ziemi, a fosfina jest toksycznym gazem, którego naturalne źródła w atmosferach planetarnych są ograniczone. Na Ziemi powstaje podczas rozkładu materii organicznej w bagnach, a w atmosferach Jowisza czy Saturna występuje jako produkt procesów chemii beztlenowej.

Rola kosmicznych teleskopów i nietypowa chemia Wolf 1130C

Detekcja fosfiny była możliwa dzięki obserwacjom z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), pierwszego instrumentu pozwalającego tak szczegółowo śledzić chemię atmosfer brązowych karłów. Zespół pod kierunkiem prof. Adama Burgassera wykorzystał technikę tzw. odzyskiwanie atmosferyczne — modelowania widm pod kątem ilości gazów.

Ku zaskoczeniu naukowców, widmo Wolf 1130C wyraźnie różniło się od typowych brązowych karłów, zwłaszcza pod kątem ilości fosfiny. Jednak w innych tego typu obiektach nadal nie obserwujemy obecności tego gazu.

Hipotezy – metale, skąpy tlen i wybuchy białych karłów

Dlaczego fosfina pojawiła się akurat tutaj? Jednym z wyjaśnień może być wyjątkowo mała zawartość metali (czyli pierwiastków cięższych niż wodór i hel) w atmosferze Wolf 1130C. W ubogim w tlen środowisku fosfor nie może utworzyć trójtlenku fosforu i zamiast tego wiąże się w fosfinę z obfitującym wodorem.

Druga hipoteza odnosi się do lokalnej produkcji fosforu przez białego karła Wolf 1130B w układzie potrójnym. Białe karły mogą podczas akrecji wywołać wybuchy typu nowa klasyczna, uwalniając fosfor do otoczenia. Chociaż takich wydarzeń nie zaobserwowano w tym układzie w ostatnim stuleciu, wcześniejsze wybuchy mogły pozostawić „chemiczny ślad”.

Znaczenie dla badań nad życiem i astrochemią

Studium fosfiny w atmosferach brązowych karłów — obiektów, na których nie spodziewamy się życia — ma kluczowe znaczenie dla interpretacji tego gazu jako biosygnatury na planetach skalistych. Zrozumienie procesów kosmicznego obiegu fosforu może wpłynąć na przyszłe poszukiwania życia poza Układem Słonecznym.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Źródło: UC San Diego, „Detection of Phosphine in a Brown Dwarf Atmosphere Raises More Questions”

Na ilustracji: Schemat układu potrójnego Wolf 1130ABC: czerwony karzeł Wolf 1130A, biały karzeł Wolf 1130B i brązowy karzeł Wolf 1130C (skala rozmiarów wg Adam Burgasser). Źródło: UCSD