|
Фосфин обнаружили в атмосфере коричневого карлика
|
|
|
|
Фосфор является одним из шести ключевых элементов, необходимых для жизни на Земле. При соединении с водородом фосфор образует молекулу фосфина (PH3), взрывоопасного и высокотоксичного газа. Фосфин, обнаруженный в атмосферах газовых гигантов Юпитера и Сатурна, уже давно признан возможным биологическим признаком анаэробной жизни, поскольку природных источников этого газа в атмосферах планет земной группы немного. На Земле фосфин является побочным продуктом разложения органического болотного вещества.
|
|
|
|
Группа исследователей, возглавляемая профессором астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего Адамом Бургассером, сообщила об обнаружении фосфина в атмосфере холодного древнего коричневого карлика под названием Wolf 1130C. Их работа опубликована в журнале Science.
|
|
|
|
Фосфин был обнаружен в атмосфере Wolf 1130C с помощью наблюдений, полученных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), первого телескопа, обладающего достаточной чувствительностью, чтобы детально рассмотреть эти небесные объекты. Загадка, однако, заключается не в том, почему был обнаружен фосфин, а в том, почему он отсутствует в атмосферах других коричневых карликов и газовых гигантов-экзопланет.
|
|
|
|
"Наша астрономическая программа под названием "Тайны древних" фокусируется на старых, бедных металлами коричневых карликах, чтобы проверить наше понимание химического состава атмосферы", - сказал ведущий автор Бургассер. "Понимание проблемы с фосфином было одной из наших первых целей".
|
|
|
|
|
|
|
В богатых водородом атмосферах газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн, фосфин образуется естественным образом. Таким образом, ученые давно предсказывали, что фосфин должен присутствовать в атмосферах газовых гигантов, вращающихся вокруг других звезд, и в их более массивных собратьях, коричневых карликах — объектах, которые иногда называют "неудавшимися звездами", потому что они не синтезируют водород.
|
|
|
|
Тем не менее, фосфин в значительной степени не был обнаружен даже в ходе предыдущих наблюдений JWST, что указывает на проблемы с нашим пониманием химического состава фосфора.
|
|
|
|
"До появления JWST ожидалось, что фосфин будет в изобилии присутствовать в атмосферах экзопланет и коричневых карликов, согласно теоретическим предсказаниям, основанным на турбулентном перемешивании, которое, как мы знаем, существует в этих источниках", - сказал соавтор Сэм Бейлер, который окончил Университет Толедо и в настоящее время является аспирантом в Тринити-колледже Дублина.
|
|
|
|
Бейлер, который руководил предыдущей работой по изучению недостатка фосфина в коричневых карликах, заявил: "Каждое наблюдение, которое мы получали с помощью JWST, ставило под сомнение теоретические предсказания — до тех пор, пока мы не наблюдали Wolf 1130C".
|
|
|
|
В звездной системе Wolf 1130ABC, расположенной в 54 световых годах от Солнца в созвездии Лебедя, коричневый карлик Wolf 1130C обращается по широкой орбите вокруг плотной двойной звездной системы, состоящей из холодной красной звезды (Wolf 1130A) и массивного белого карлика (Wolf 1130B).
|
|
|
|
Wolf 1130C был излюбленным объектом наблюдения астрономов— коричневых карликов из—за низкого содержания в нем "металлов" - по сути, любых элементов, кроме водорода и гелия, - по сравнению с Солнцем.
|
|
|
|
В отличие от других коричневых карликов, команда ученых легко обнаружила фосфин в инфракрасных спектральных данных Wolf 1130C, полученных JWST. Чтобы полностью понять последствия своих открытий, им необходимо было количественно оценить содержание этого газа в атмосфере Wolf 1130C. Это было сделано доцентом астрономии Государственного университета Сан-Франциско Эйлин Гонзалес, также соавтором исследования.
|
|
|
|
"Чтобы определить содержание молекул в Wolf 1130C, я использовала метод моделирования, известный как атмосферный анализ", - объяснила Гонзалес.
|
|
|
|
"Этот метод использует данные JWST, чтобы определить, сколько каждого вида молекулярного газа должно содержаться в атмосфере. Это похоже на обратный инжиниринг действительно вкусного печенья, когда шеф-повар не хотел отказываться от рецепта".
|
|
|
|
Модели Гонсалес показали, что секретным ингредиентом Wolf 1130C было большое количество фосфина. В частности, она обнаружила, что фосфин присутствует в теоретически предсказанном количестве около 100 частей на миллиард.
|
|
|
|
Хотя исследователи в восторге от своего открытия, возникает вопрос: почему фосфин присутствует в атмосфере этого коричневого карлика, а не в других?
|
|
|
|
Одной из возможных причин является низкое содержание металлов в атмосфере Wolf 1130C, что может изменить ее химический состав. "Возможно, в нормальных условиях фосфор связан с другой молекулой, такой как триоксид фосфора", - объяснил Бейлер.
|
|
|
|
"В обедненной металлами атмосфере Wolf 1130C недостаточно кислорода, чтобы поглощать фосфор, что позволяет фосфину образовываться из обильного водорода".
|
|
|
|
Команда надеется изучить эту возможность с помощью новых наблюдений JWST, которые позволят найти фосфин в атмосферах других бедных металлами коричневых карликов.
|
|
|
|
Другая возможность заключается в том, что фосфор был образован локально в системе Wolf 1130ABC, а именно ее белым карликом Wolf 1130B.
|
|
|
|
"Белый карлик - это остатки звезды, которая закончила выделять свой водород", - объяснил Бургассер. "Они настолько плотны, что, когда они накапливают материал на своей поверхности, они могут подвергаться неконтролируемым ядерным реакциям, которые мы обнаруживаем как новые".
|
|
|
|
Хотя за последнее время астрономы не видели свидетельств подобных событий в системе Wolf 1130ABC, новые звезды обычно имеют циклы вспышек продолжительностью от тысяч до десятков тысяч лет. Эта система известна чуть более ста лет, и ранние, невидимые выбросы могли привести к загрязнению окружающей среды фосфором.
|
|
|
|
Более ранние исследования показали, что значительная часть фосфора в Млечном Пути могла быть синтезирована с помощью этого процесса.
|
|
|
|
Понимание того, почему этот коричневый карлик демонстрирует явное присутствие фосфина, может привести к новому пониманию синтеза фосфора в Млечном Пути и его химического состава в атмосферах планет.
|
|
|
|
Бургассер объясняет: "Понимание химического состава фосфина в атмосферах коричневых карликов, где мы не ожидаем появления жизни, имеет решающее значение, если мы надеемся использовать эту молекулу в поисках жизни на планетах земной группы за пределами нашей Солнечной системы".
|
|
|
|
Источник
|
