Космический детектив раскрыт: телескоп нашёл загадочный газ на странном объекте Вселенной

Астрономы впервые зафиксировали фосфин (PH₃) в атмосфере коричневого карлика — небесного тела, находящегося на границе между планетами и звёздами. Объект Wolf 1130C, расположенный на расстоянии около 55 световых лет от Земли, стал первым известным примером, где эта молекула обнаружена с высокой достоверностью. Открытие, сделанное с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб", опубликовано в журнале Science и уже заставило астрономов пересмотреть представления о химии подобных миров.

Коричневый карлик: не звезда и не планета

Коричневые карлики — это своеобразные "недозвёзды": их масса превышает массу планет, но недостаточна для начала термоядерных реакций. Wolf 1130C примерно в 44 раза массивнее Юпитера и входит в тройную систему с красным карликом Wolf 1130A и белым карликом Wolf 1130B.

Температура на его поверхности достигает -150 °C, а атмосфера бедна тяжёлыми элементами — именно эта "чистота" и позволила учёным рассмотреть тонкие химические следы.

"Wolf 1130C — идеальный кандидат для анализа, потому что его атмосфера почти прозрачна. Любая необычная молекула здесь видна, как на ладони", — пояснил астрофизик Адам Бургассер, руководитель проекта.

Как удалось обнаружить фосфин

Используя спектрограф NIRSpec на борту телескопа "Джеймс Уэбб", учёные исследовали инфракрасное излучение объекта и зафиксировали чёткие линии поглощения около 4,3 микрометра - "подпись" фосфина. Концентрация PH₃ составила 0,1 части на миллион, что в сто раз выше, чем верхний предел, наблюдаемый на других подобных объектах.

Чтобы убедиться в корректности измерений, команда провела сравнение с моделями атмосфер газовых гигантов, учитывающими процессы перемешивания газов. Результаты совпали с теоретическими прогнозами, что подтвердило реальность сигнала.

Почему это открытие важно

На Земле фосфин вырабатывают анаэробные микроорганизмы, живущие без кислорода. Поэтому на планетах, подобных нашей, эта молекула считается возможным биомаркером. Однако в атмосферах газовых гигантов и коричневых карликов PH₃ возникает иным образом — за счёт неравновесных химических реакций в глубинных слоях, где давление и температура в тысячи раз выше земных.

Фосфин поднимается вверх мощными конвективными потоками и сохраняется в верхней атмосфере, где обычно быстро разрушается. Обнаружение его в стабильной концентрации говорит о том, что внутренние процессы Wolf 1130C активнее, чем считалось раньше.

Возможные источники фосфора

Исследователи рассматривают две гипотезы:

1. Внутренний механизм. В глубинах карлика происходят реакции между водородом и фосфорсодержащими соединениями, аналогичные тем, что наблюдаются на Юпитере и Сатурне.

2. Внешнее обогащение. Белый карлик Wolf 1130B, некогда бывший массивной звездой, мог выбрасывать фосфор при вспышках и частично "подпитать" атмосферу соседнего объекта.

Однако проверка спектра ближайшей звезды Wolf 1130A показала отсутствие повышенного содержания фосфора, поэтому происхождение молекулы остаётся загадкой.

Как бедная металлами атмосфера помогает

Одна из причин, почему фосфин удалось зафиксировать именно здесь, — низкое содержание тяжёлых элементов. В "богатых" атмосферах фосфор быстро связывается в более сложные соединения и становится невидимым для спектрографов. В случае Wolf 1130C он остаётся в форме PH₃, что облегчает наблюдения.

Кроме того, концентрация углекислого газа в атмосфере оказалась меньше одной миллиардной доли, что снизило фоновые шумы и позволило чётко выделить спектральный сигнал фосфина.

Почему это не признак жизни

Хотя фосфин часто упоминают как молекулу жизни, его наличие на Wolf 1130C не связано с биологическими процессами. Температуры, давления и уровень радиации в атмосфере карлика делают существование организмов невозможным.

"Мы наблюдаем химическую подпись, но не биосферу. Здесь нет условий, при которых могла бы существовать жизнь", — отметил Бургассер.

Тем не менее открытие ставит под сомнение надёжность PH₃ как универсального биомаркера: если молекула образуется и в экстремальных условиях, то её присутствие на экзопланетах не всегда будет означать жизнь.

Советы шаг за шагом: как "Джеймс Уэбб" ищет молекулы

1. Сбор света. Инфракрасные камеры фиксируют излучение объекта.

2. Разложение на спектр. Спектрограф делит свет на длины волн.

3. Сравнение линий. Учёные ищут характерные "провалы" — линии поглощения определённых молекул.

4. Моделирование. Данные сопоставляют с теоретическими атмосферными моделями, чтобы подтвердить наличие вещества.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: считать, что фосфин всегда указывает на жизнь.
  Последствие: ложные выводы о биологической активности на экзопланетах.
  Альтернатива: учитывать физико-химические условия, в которых молекула может образовываться естественным путём.

• Ошибка: игнорировать влияние соседних звёзд в системах с несколькими объектами.
  Последствие: недооценка внешних источников химических элементов.
  Альтернатива: анализировать химический баланс всей звёздной системы.

А что если…

Если аналогичные концентрации фосфина обнаружат и на других коричневых карликах, это поможет понять, насколько распространён этот элемент во Вселенной и какие процессы управляют его образованием. Возможно, PH₃ станет индикатором не жизни, а внутренней активности планет и звёздных остатков.

Плюсы и минусы открытия

FAQ

Что такое коричневый карлик?
Это объект с массой между планетой и звездой: слишком лёгкий, чтобы "зажечься", но достаточно тяжёлый, чтобы вызывать термические процессы внутри.

Почему важен фосфин?
Он служит химическим маркером активности — биологической на планетах вроде Земли или физико-химической на гигантах и карликах.

Можно ли обнаружить фосфин на экзопланетах?
Да, теоретически "Джеймс Уэбб" способен уловить его в атмосферах близких планет, если там есть подходящие условия.

Мифы и правда

Миф: фосфин — доказательство жизни.
Правда: он может образовываться и без участия биологических организмов.

Миф: коричневые карлики — "мёртвые" тела.
Правда: внутри них происходят активные химические и тепловые процессы.

Миф: "Джеймс Уэбб" видит только далёкие галактики.
Правда: он также изучает объекты в пределах нескольких десятков световых лет, включая карлики и экзопланеты.

Исторический контекст

О фосфине на Юпитере и Сатурне известно с 1970-х годов, но за пределами Солнечной системы его никогда не фиксировали. Открытие на Wolf 1130C — первое прямое подтверждение существования этой молекулы в атмосфере коричневого карлика. Оно показывает, насколько продвинулись методы спектроскопии за последние десятилетия.

Три интересных факта

Wolf 1130C вращается вокруг своих звёзд на расстоянии более 2000 астрономических единиц - почти в 50 раз дальше, чем Плутон от Солнца.

Телескоп "Джеймс Уэбб" способен различить молекулы, составляющие всего одну стотысячную процента атмосферы.

Фосфин на Юпитере появляется на глубинах, где температура превышает 1000 °C, и выносится наружу за счёт конвекции — похожие процессы, вероятно, происходят и на Wolf 1130C.