Fosfor je jedan od šest ključnih elemenata potrebnih za život na Zemlji. Kada se veže s vodikom, stvara se molekula fosfina (PH₃), plina koji je izuzetno toksičan i eksplozivan.
Fosfin je već ranije otkriven u atmosferama plinovitih divova poput Jupitera i Saturna, gdje nastaje prirodnim procesima. Na Zemlji se javlja kao nusprodukt raspadanja organske tvari u močvarnim područjima, a dugo se smatrao mogućim biopotpisom anaerobnog života jer ga u atmosferama stjenovitih planeta nema mnogo prirodnih izvora.
Sada je tim istraživača predvođen Adamom Burgasserom, profesorom astronomije i astrofizike na Sveučilištu Kalifornija u San Diegu, izvijestio o otkriću fosfina u atmosferi hladnog i vrlo starog smeđeg patuljka nazvanog Wolf 1130C.
Neočekivan signal fosfina
Otkriće je postignuto pomoću svemirskog teleskopa James Webb (JWST), prvog instrumenta dovoljno osjetljivog da detaljno ispita ovakve objekte. Fosfin je detektiran u infracrvenom spektru Wolf 1130C, no prava zagonetka leži u činjenici da isti plin nije pronađen u atmosferama drugih smeđih patuljaka i plinovitih egzoplaneta koje je JWST do sada promatrao.
“Naš istraživački program Arcana of the Ancients usmjeren je na proučavanje starih, metalno siromašnih smeđih patuljaka kako bismo testirali razumijevanje atmosferske kemije”, objasnio je Burgasser. “Razriješiti problem vezan uz fosfin bio je jedan od naših prvih ciljeva.”
U atmosferama bogatim vodikom, poput onih na Jupiteru i Saturnu, fosfin nastaje spontano. Zbog toga su znanstvenici očekivali da će ga pronaći i u atmosferama plinovitih divova koji orbitiraju oko drugih zvijezda, kao i u njihovim masivnijim rođacima, smeđim patuljcima. Ti objekti često se nazivaju “neuspjelim zvijezdama” jer nemaju dovoljno mase za pokretanje fuzije vodika.
Unatoč tim predviđanjima, fosfin se do sada uglavnom izbjegavao otkrivanju. Čak ni prethodna JWST promatranja nisu pokazala njegovu prisutnost, što je upućivalo na ozbiljne nedostatke u razumijevanju kemije fosfora u ekstremnim uvjetima.
“Prije JWST-a smatrali smo da bi fosfin trebao biti obilan u atmosferama egzoplaneta i smeđih patuljaka, slijedeći teorijske modele koji su u obzir uzimali turbulentno miješanje plinova”, rekao je suautor istraživanja Sam Beiler.
Beiler, koji je i ranije proučavao odsutnost fosfina u atmosferama smeđih patuljaka, dodao je: “Sva dosadašnja promatranja prkosila su teorijskim predviđanjima, sve dok nismo usmjerili teleskop prema Wolf 1130C.”
Sustav Wolf 1130 i atmosfersko modeliranje
U zvjezdanom sustavu Wolf 1130ABC, udaljenom 54 svjetlosne godine od Sunca u zviježđu Labud, smeđi patuljak Wolf 1130C kreće se u širokoj orbiti oko bliskog dvojnog sustava koji čine crveni patuljak Wolf 1130A i masivni bijeli patuljak Wolf 1130B.
Ovaj smeđi patuljak posebno je zanimljiv jer u usporedbi sa Suncem ima vrlo nisku količinu tzv. “metala”, odnosno svih elemenata težih od vodika i helija. Upravo ta osobina dugo ga je činila privlačnim objektom za astronome koji istražuju kemiju atmosfere u uvjetima siromašnim elementima.
Za razliku od većine drugih smeđih patuljaka, u atmosferi Wolf 1130C fosfin je bio jasno prepoznat u infracrvenim podacima JWST-a. Kako bi se odredila njegova količina, analizu je provela Eileen Gonzales, izvanredna profesorica astronomije na Sveučilištu San Francisco State i suautorica istraživanja.
“Koristila sam metodu modeliranja poznatu kao atmospheric retrievals (atmosferska rekonstrukcija)”, objasnila je Gonzales. “Ova tehnika koristi JWST podatke za određivanje količine pojedinih molekula u atmosferi. To je poput pokušaja da rekonstruirate recept kolača kada vam kuhar odbija otkriti sastojke.”
Rezultati njezinih modela pokazali su da je fosfin prisutan upravo u količinama koje su teoretski predviđene, otprilike 100 dijelova na milijardu.
Moguća objašnjenja
Zašto je fosfin pronađen baš u atmosferi ovog smeđeg patuljka, a ne i drugih, ostaje otvoreno pitanje.
Jedna od mogućnosti leži u kemiji atmosfere Wolf 1130C, siromašne metalima. “U uobičajenim uvjetima fosfor bi mogao biti vezan u spojeve poput fosfornog trioksida”, objasnio je Beiler. “No u atmosferi u kojoj nedostaje kisika nema dovoljno tog elementa da se veže s fosforom, pa on ostaje slobodan za stvaranje fosfina u kombinaciji s obilnim vodikom.”
Druga hipoteza odnosi se na lokalno porijeklo fosfora u samom sustavu Wolf 1130ABC, posebno na bijelu patuljastu zvijezdu Wolf 1130B.
“Bijeli patuljak je ostatak zvijezde koja je iscrpila svoje nuklearno gorivo”, rekao je Burgasser. “Zbog visoke gustoće, kada na njegovu površinu padne nova tvar, mogu se pokrenuti nekontrolirane nuklearne reakcije koje opažamo kao nove.”
Do sada u ovom sustavu nisu zabilježeni tragovi takvih eksplozija, no poznato je da nove imaju cikluse izbijanja koji traju od nekoliko tisuća do desetaka tisuća godina. Budući da se sustav Wolf 1130 promatra tek nešto više od stoljeća, moguće je da su ranije, neopažene erupcije ostavile za sobom naslijeđe fosfora.
Prijašnja istraživanja već su sugerirala da bi značajan udio fosfora u Mliječnoj stazi mogao biti sintetiziran upravo kroz takve događaje.
Razumijevanje razloga zbog kojeg upravo Wolf 1130C pokazuje jasnu prisutnost fosfina moglo bi rasvijetliti i šire procese sinteze fosfora u našoj galaksiji te njegovu ulogu u kemiji planetarnih atmosfera.
“Razumjeti kemiju fosfina u atmosferama smeđih patuljaka, gdje život ne očekujemo, ključno je ako taj molekul želimo koristiti kao potencijalni trag života na stjenovitim svjetovima izvan Sunčeva sustava”, zaključio je Burgasser.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
