В 2020 году на Венере обнаружили фосфин — вещество, которое тогда считали возможным свидетельством существования жизни. Однако недавно эту же молекулу зафиксировали в атмосфере коричневого карлика, где условия для жизни полностью отсутствуют. Это открытие свидетельствует, что фосфин может образовываться и без участия живых организмов.
Загадочная молекула в атмосфере коричневого карлика
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, команда астрономов сообщает об обнаружении странного вещества в коричневом карлике, известном как Вольф 1130C — химического соединения под названием фосфин, которое являлось предметом противоречивых заявлений по доказательствам жизни на Венере.
Однако наличие фосфина в турбулентной и неприветливой атмосфере коричневого карлика показывает, что наше понимание жизненного цикла этой маленькой простой молекулы является неполным. Это открытие ставит под сомнение идею о том, что фосфин можно считать «биоподписью» чужой жизни.
Природа коричневых карликов
Как и настоящие звезды, коричневые карлики формируются из коллапсирующих газовых облаков в космосе. Газ нагревается, когда он движется внутрь, однако у коричневого карлика он никогда не достигает достаточной температуры, чтобы инициировать синтез водорода в гелий, питающий звезды. Но если газовое облако весит по крайней мере в 13 раз больше Юпитера, оно нагреется достаточно, чтобы синтезировать несколько более тяжелый вид водорода, который называется дейтерием. Этот синтез быстро сгорит в астрофизических терминах, спустя от 1 до 100 млн лет.
Однако гравитационное коллапсирование и ядерный синтез создают огромное количество тепла в ядре коричневого карлика. Это создает конвекционный цикл: газ вблизи ядра нагревается и поднимается, передавая тепло на верхние уровни, после чего охлаждается и снова опускается вниз. Коричневые карлики значительно холоднее звезд. Поверхность самых молодых и самых высоких может достигать 2000°C, но самые холодные близки к комнатной температуре. Когда тепло из ядра достигает поверхностных слоев коричневого карлика, оно излучается в космос преимущественно в виде фотонов инфракрасного света.
Инфракрасные длины волн трудно наблюдать с помощью наземных приборов, но космические телескопы, такие как James Webb, обеспечивают значительно более четкий обзор. Это позволяет нам лучше наблюдать коричневые карлики.
Химическая роль фосфина
Интересные химические реакции и процессы происходят в карих карликах, в то время как в горячих звездах такого не наблюдается. Для ближайших карих карликов JWST может следить последствия этих химических действий. Это происходит путём поиска «штрих-кодов» каждой молекулы, специфических закономерностей темных линий в спектре света, излучаемого коричневым карликом. Фосфин – это простая молекула с одним атомом фосфора и тремя атомами водорода. В 2020 году некоторые учёные считали, что обнаружили ее спектральный знак в атмосфере Венеры. Условия на Венере означают, что фосфин там должен быстро разрушаться, поэтому его обнаружение означало бы, что что-то производит большое количество фосфина.
На Земле фосфин образуется только в результате деятельности живых организмов, поэтому его активно изучали как потенциальный признак жизни.
Но если углубиться за заголовки, ситуация становится более сложной. Фосфин найден в атмосфере Юпитера и Сатурна, и никто не предполагает, что в облаках этих планет существует жизнь. Причина в том, что мы понимаем, как фосфин может образовываться и выживать на нижнем уровне их атмосферы. Оттуда он поднимается в верхние слои, где быстро разлагается, но не раньше, чем его спектральную подпись успевают зафиксировать приборы.
Фосфин в атмосферах коричневых карликов
По некоторым моделям мы должны видеть значительные количества фосфина в атмосферах коричневых карликов и горячих юпитеров-экзопланет. Но предварительные наблюдения JWST, исследовавшие 23 коричневых карлика с температурами от 100°C до 700°C, не обнаружили фосфина.
Последнее наблюдение фосфина на коричневом карлике Вольф 1130C (температура примерно 320°C) очень хорошо соответствует моделям. Почему? Ученые, стоящие за новым исследованием, пока не могут дать точный ответ. Их лучшая догадка заключается в том, что это может быть связано с тем, что Wolf 1130C стар и содержит низкую концентрацию металлов.
На данном этапе они делают простой вывод: нет последовательной модели, объясняющей количество фосфина, которое мы наблюдаем на Юпитере, Сатурне, Вольф 1130C, других коричневых карликах и атмосферах газовых гигантов-экзопланет. Без лучшего понимания использование фосфина как биомаркера сомнительно.
Возможно, на Венере все же был фосфин, но его появление обусловлено неизвестными химическими или физическими процессами, а не деятельностью живых организмов. Внеземная жизнь остается гипотезой последней инстанции.
По материалам phys.org
