فسفین سرانجام در اتمسفر کوتوله قهوه‌ای ولف ۱۱۳۰C مشاهده شده است، اتفاقی که ستاره‌شناسانی را که برای یافتن این گاز در جاهای دیگر به مشکل برخورده بودند، شگفت‌زده کرده است.
اندازه‌گیری‌های دقیق تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، فسفین را دقیقاً در سطوحی که تئوری پیش‌بینی کرده بود، نشان و به رشته‌ای از عدم کشف‌های غیرقابل توضیح پایان داد!
نقش فسفر در حیات و فراتر از آن
فسفر یکی از شش عنصر ضروری است که حیات را روی زمین پشتیبانی می‌کند. هنگامی که با هیدروژن ترکیب می‌شود، فسفین (PH3) تولید می‌کند؛ گازی که هم انفجاری و هم بسیار سمی است. فسفین در اتمسفر مشتری و زحل وجود دارد و به عنوان یک زیست‌نشانگر احتمالی برای حیات بی‌هوازی در نظر گرفته شده است، زیرا سیارات زمینی راه‌های طبیعی بسیار کمی برای تولید آن دارند. روی زمین، این ترکیب از طریق تجزیه مواد آلی در محیط‌های باتلاقی آزاد می‌شود.
یک گروه تحقیقاتی به رهبری آدام بورگاسر، استاد نجوم و اخترفیزیک دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، اکنون فسفین را در اتمسفر یک کوتوله قهوه‌ای سرد و باستانی به نام ولف ۱۱۳۰C شناسایی کرده‌اند و یافته‌های آن‌ها در مجله ساینس منتشر شده است.
ناپدید شدن عجیب فسفین
این تیم فسفین را در اتمسفر ولف ۱۱۳۰C با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) شناسایی کردند، که حساسیت لازم برای بررسی دقیق این اجرام کم‌نور را دارد. چیزی که محققان را گیج می‌کند، نه وجود فسفین در این کوتوله قهوه‌ای، بلکه فقدان آن در سایر کوتوله‌های قهوه‌ای و سیارات فراخورشیدی غول‌پیکر گازی است که مدت‌ها انتظار می‌رفت در آن‌ها ظاهر شود.
بورگاسر، نویسنده اصلی مقاله، گفت:
برنامه نجوم ما، با نام “اسرار باستانیان”، بر کوتوله‌های قهوه‌ای قدیمی و فقیر از فلزات تمرکز دارد تا درک ما از شیمی اتمسفری را بیازماید. درک مشکل مربوط به فسفین یکی از اولین اهداف ما بود.
راز فسفین گمشده
فسفین به طور طبیعی در اتمسفرهای غنی از هیدروژن مانند مشتری و زحل تشکیل می‌شود. به همین دلیل، دانشمندان انتظار داشتند آن را در غول‌های گازی اطراف ستارگان دیگر و در کوتوله‌های قهوه‌ای پیدا کنند؛ اجرام دومی که بزرگ‌تر از سیارات اما کوچک‌تر از ستاره‌های واقعی هستند. از این اجرام گاهی اوقات به عنوان “ستارگان شکست‌خورده” یاد می‌شود، زیرا نمی‌توانند هیدروژن را ترکیب (همجوشی) کنند.
با وجود این انتظارات، تشخیص فسفین دشوار بوده است. حتی مشاهدات قبلی JWST هم این گاز را نشان نداد و نگرانی‌هایی را در مورد شکاف‌ها در مدل‌های فعلی شیمی فسفر ایجاد کرد. سام بیلِر، یکی از نویسندگان همکار که به تازگی از دانشگاه تولدو فارغ‌التحصیل شده و اکنون پژوهشگر فوق دکتری در کالج ترینیتی دوبلین است، توضیح داد:
قبل از JWST، انتظار می‌رفت فسفین در اتمسفرهای سیارات فراخورشیدی و کوتوله‌های قهوه‌ای فراوان باشد، که بر اساس پیش‌بینی‌های نظری مبتنی بر اختلاط آشفته‌ای است که می‌دانیم در این منابع وجود دارد.
بیلر، که قبلاً مشکل فسفین گمشده را بررسی کرده بود، اضافه کرد:
هر مشاهده‌ای که با JWST به دست آورده‌ایم، پیش‌بینی‌های نظری را به چالش کشیده است – یعنی تا زمانی که ولف ۱۱۳۰C را مشاهده کردیم.
یک منظومه کنجکاو: ولف ۱۱۳۰ABC
در منظومه ستاره‌ای ولف ۱۱۳۰ABC که ۵۴ سال نوری از خورشید فاصله دارد و در صورت فلکی دجاجه (قو) قرار دارد، کوتوله قهوه‌ای ولف ۱۱۳۰C در مداری گسترده به دور یک منظومه ستاره‌ای دوتایی فشرده می‌چرخد که از یک ستاره سرخ سرد (ولف ۱۱۳۰A) و یک کوتوله سفید پرجرم (ولف ۱۱۳۰B) تشکیل شده است. ولف ۱۱۳۰C به دلیل فراوانی کم “فلزات” (که اساساً هر عنصری غیر از هیدروژن و هلیم در نظر گرفته می‌شود) در مقایسه با خورشید، منبع مورد علاقه ستاره‌شناسان کوتوله‌های قهوه‌ای بوده است.
برخلاف سایر کوتوله‌های قهوه‌ای، این تیم به راحتی فسفین را در داده‌های طیفی فروسرخ JWST از ولف ۱۱۳۰C مشاهده کرد. برای درک کامل مفاهیم یافته‌های خود، آن‌ها باید فراوانی این گاز را در اتمسفر ولف ۱۱۳۰C کمی‌سازی می‌کردند. این کار توسط ایلین گونزالس، استادیار نجوم دانشگاه ایالتی سانفرانسیسکو و یکی دیگر از نویسندگان همکار در مطالعه، انجام شد.
گونزالز توضیح داد:
برای تعیین فراوانی مولکول‌ها در ولف ۱۱۳۰C، من از یک تکنیک مدل‌سازی معروف به بازیابی‌های اتمسفری استفاده کردم. این تکنیک از داده‌های JWST استفاده می‌کند تا مشخص کند چه مقدار از هر گونه گاز مولکولی باید در اتمسفر باشد. این مانند مهندسی معکوس یک کلوچه واقعاً خوشمزه است وقتی آشپز حاضر به دادن دستور پخت نیست.
فراوانی شگفت‌انگیز
مدل‌های گونزالس نشان داد که فسفین فراوان، جزء مخفی ولف ۱۱۳۰C بوده است. به‌طور خاص، او دریافت که فسفین در فراوانی‌های نظری پیش‌بینی‌شده، حدود ۱۰۰ قسمت در میلیارد، وجود دارد.
در حالی‌که محققان از کشف خود خوشحال هستند، اما این یک سوال را مطرح می‌کند: چرا فسفین در اتمسفر این کوتوله قهوه‌ای وجود دارد و در بقیه نه؟!
دو احتمال مطرح است:
- ۱. فقر فلزات: یک احتمال، فراوانی کم فلزات در اتمسفر ولف ۱۱۳۰C است، که ممکن است شیمی زیرین آن را تغییر دهد. بیلر توضیح داد: «ممکن است در شرایط عادی، فسفر به مولکول دیگری مانند تری‌اکسید فسفر محدود شده باشد. در اتمسفر ولف ۱۱۳۰C که از فلزات تهی شده است، اکسیژن کافی برای گرفتن فسفر وجود ندارد، که به فسفین اجازه می‌دهد از هیدروژن فراوان تشکیل شود.» این تیم امیدوار است با مشاهدات جدید JWST که به دنبال فسفین در اتمسفرهای دیگر کوتوله‌های قهوه‌ای فقیر از فلزات خواهند بود، این احتمال را بررسی کنند.
- ۲. تولید محلی توسط کوتوله سفید: احتمال دیگر این است که فسفر به صورت محلی در منظومه ولف ۱۱۳۰ABC، به طور خاص توسط کوتوله سفید آن، ولف ۱۱۳۰B، تولید شده باشد.
کوتوله‌های سفید و آتش‌بازی‌های باستانی
بورگاسر توضیح داد:
کوتوله سفید، پوسته باقی‌مانده از ستاره‌ای است که همجوشی هیدروژن خود را به پایان رسانده است. آن‌ها چنان متراکم هستند که وقتی مواد روی سطح خود را جمع‌آوری می‌کنند، می‌توانند تحت واکنش‌های هسته‌ای کنترل‌ناپذیر قرار گیرند، که ما آن‌ها را به عنوان نواختر (نوا) شناسایی می‌کنیم.
ستاره‌شناسان در مدت زمانی که این منظومه ستاره‌ای مورد مطالعه قرار گرفته است، چنین فوران‌هایی را مشاهده نکرده‌اند، اما چرخه‌های نواختر اغلب هزاران یا حتی ده‌ها هزار سال طول می‌کشند. از آنجایی که این منظومه تنها کمی بیش از یک قرن شناخته شده است، فوران‌های قبلی می‌توانستند به راحتی نادیده گرفته شوند. اگر آن‌ها رخ داده باشند، ممکن است فسفر را در سراسر منظومه پخش کرده باشند. تحقیقات قبلی نشان داده است که این نوع رویداد می‌تواند مسئول تولید مقدار قابل‌توجهی از فسفر یافت شده در کهکشان راه شیری باشد.
پنجره‌ای به شیمی کیهانی
فهمیدن اینکه چرا ولف ۱۱۳۰C چنین امضای فسفین متمایزی را نشان می‌دهد، می‌تواند نحوه تشکیل فسفر در کهکشان و چگونگی رفتار آن در محیط‌های سیاره‌ای مختلف را آشکار سازد. همانطور که بورگاسر اشاره کرد:
درک شیمی فسفین در اتمسفرهای کوتوله‌های قهوه‌ای که در آنجا انتظار حیات نداریم، حیاتی است اگر امیدواریم از این مولکول در جستجوی حیات در جهان‌های زمینی فراتر از منظومه شمسی خود استفاده کنیم.
منبع: Scitechdaily
