В космосе происходит что-то странное: фосфин появился там, где его быть не может

В конце XX века астрономы впервые обнаружили класс космических тел, которые не укладывались в привычные категории. Они оказались слишком массивными, чтобы быть планетами, но слишком лёгкими, чтобы стать звёздами. Эти объекты назвали коричневыми карликами - загадочными созданиями Вселенной, которые тускло светят в инфракрасном диапазоне и ведут себя, словно звёзды, так и не дожившие до своего зажигания.

Недавнее открытие придало им новую интригу. В атмосфере коричневого карлика Wolf 1130C обнаружено химическое соединение — фосфин (PH₃). Это то же самое вещество, которое несколько лет назад вызвало сенсацию: его следы якобы нашли в атмосфере Венеры и поспешили объявить возможным "признаком жизни". Но новое открытие показывает: всё не так просто.

Звезда, которая не стала звездой

Коричневые карлики формируются так же, как и звёзды, — из облаков газа и пыли, которые под действием гравитации сжимаются. Но внутри них температура и давление недостаточны, чтобы запустить полноценный термоядерный синтез водорода. Это делает их чем-то вроде "звёздных неудачников".

Тем не менее в их недрах происходят реакции с дейтерием — тяжёлым изотопом водорода. Эти процессы быстро затухают, оставляя объект светиться остаточным теплом. Самые массивные коричневые карлики могут нагреваться до 2000 °C, но со временем остывают почти до комнатной температуры.

"Коричневые карлики представляют собой уникальные лаборатории, где происходят химические реакции, невозможные в звёздах", — отмечают авторы исследования.

Именно поэтому они интересны не только астрономам, но и химикам, изучающим происхождение сложных молекул во Вселенной.

Как их изучает телескоп Джеймса Уэбба

Большинство коричневых карликов излучают в инфракрасном диапазоне, который плохо проходит через атмосферу Земли. Поэтому наблюдать их можно только с помощью космических телескопов. Самым мощным инструментом стал телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) - он способен различать спектральные "отпечатки пальцев" молекул в атмосферах отдалённых объектов.

Каждая молекула оставляет свой узор тёмных линий в спектре излучения. По ним астрономы могут определить химический состав атмосферы и температуру на разных высотах.

Загадка фосфина

Фосфин — простая молекула, состоящая из атома фосфора и трёх атомов водорода. На Земле он встречается редко и связан в основном с деятельностью живых организмов. Именно поэтому в 2020 году новость о его возможном обнаружении на Венере вызвала ажиотаж.

"Фосфин долгое время считался потенциальной биосигнатурой — молекулой, указывающей на жизнь", — напоминают исследователи.

Однако последующие наблюдения показали: фосфин есть и в атмосферах Юпитера и Сатурна, где никакой жизни быть не может. Там он образуется естественным путём — в горячих, плотных слоях, а затем поднимается вверх и постепенно разрушается. Его спектральный след виден лишь короткое время.

Таблица "Сравнение": где встречается фосфин

Что открыл Wolf 1130C

Коричневый карлик Wolf 1130C, расположенный примерно в 50 световых годах от Земли, стал первым объектом за пределами Солнечной системы, где фосфин зафиксирован уверенно. Его температура — около 320 °C, а возраст — миллиарды лет. При этом JWST обнаружил в его спектре чёткие линии фосфина, что совпадает с некоторыми теоретическими моделями.

Почему именно здесь, а не на других коричневых карликах, молекула оказалась стабильной — пока загадка. Исследователи выдвигают несколько гипотез:

• низкое содержание тяжёлых элементов (так называемая "металличность");

• более устойчивая циркуляция газов в атмосфере;

• необычная химия в слоях с разной температурой.

"Пока не существует единой модели, объясняющей количество фосфина, наблюдаемое в атмосферах Юпитера, Сатурна и Wolf 1130C", — заявляют авторы исследования.

Почему это важно

Если фосфин может появляться естественным путём в таких экстремальных условиях, его присутствие нельзя считать доказательством существования жизни на других планетах. Для астробиологии это ключевой вывод: биосигнатура — не значит жизнь.

А что если…

А что если фосфин на Венере действительно был обнаружен, но его происхождение чисто химическое? Тогда загадка соседней планеты превращается из биологической в физическую. Возможно, там происходят неведомые процессы в верхних слоях атмосферы — похожие на те, что астрономы теперь наблюдают у коричневых карликов.

Плюсы и минусы открытия

Как JWST изучает коричневые карлики

1. Наблюдение: телескоп фиксирует инфракрасное излучение объекта.

2. Разложение света: спектр делят на длины волн, выявляя линии поглощения.

3. Сравнение с базой данных: учёные сопоставляют линии с известными молекулами.

4. Построение модели атмосферы: определяется температура, давление и состав.

5. Интерпретация: по форме линий делают выводы о химических процессах.

Мифы и правда

Миф: фосфин — доказательство жизни.
Правда: он может возникать при неорганических процессах в атмосферах планет и карликов.

Миф: коричневые карлики — "неудавшиеся планеты".
Правда: по происхождению они ближе к звёздам, чем к планетам.

Миф: JWST видит только далекие галактики.
Правда: телескоп также изучает соседние объекты — экзопланеты и карлики, анализируя их атмосферу.

Исторический контекст

Коричневые карлики были впервые обнаружены в 1990-х годах, хотя их существование предсказывалось ещё в 1960-х. Первые образцы — Teide 1 и Gliese 229B - доказали, что во Вселенной существует огромный класс промежуточных тел.
С развитием инфракрасных телескопов, а затем запуском JWST, изучение этих "полузвёзд" стало отдельной ветвью астрономии, соединяющей астрофизику, планетологию и химию.

Этапы изучения

1. 1963 г. — гипотеза о существовании "недозвёзд".

2. 1995 г. — открытие первого подтверждённого коричневого карлика.

3. 2000-2010 гг. — массовое обнаружение с помощью телескопа Spitzer.

4. 2022 г. — JWST открывает новые объекты и фиксирует следы молекул.

5. 2024 г. — фосфин найден в атмосфере Wolf 1130C.

FAQ

Что такое коричневый карлик?
Это объект, масса которого больше планетарной, но недостаточна для устойчивого термоядерного синтеза водорода.

Почему фосфин важен для науки?
Он может быть как биологическим, так и неорганическим продуктом, поэтому помогает понять химическую эволюцию планет и звёздных остатков.

Может ли на коричневых карликах быть жизнь?
Температуры и давление делают их непригодными для известных форм жизни, но они могут влиять на формирование сложных молекул в окрестностях.

Три интересных факта

Самые холодные коричневые карлики имеют температуру около 20 °C — почти как в человеческой комнате.

У некоторых карликов есть собственные "погодные системы" — облака из железа и кремния.

Фосфин может служить не биосигнатурой, а "термосигнатурой" — маркером внутренних температурных процессов.