Fosfin poprvé objeven v atmosféře hnědého trpaslíka

Fosfin v poslední době způsobil v astronomickém světě značný rozruch. To bylo z velké části způsobeno jeho (stále vášnivě diskutovaným) objevem v atmosféře Venuše. Zatímco jediný známý způsob, jakým může fosfin vznikat na pozemských planetách, jako je Venuše, je nějaký druh biologického původu, je relativně běžný u větších plynných obrů a dokonce i u „hnědých trpaslíků“ – neúspěšných hvězd větších než Jupiter, ale ne dostatečně velkých na to, aby zahájily vlastní proces vodíkové fúze. Dříve jsme fosfin v atmosférách hnědých trpaslíků neviděli, ale nový článek od skupiny výzkumníků, dostupný v předtiskové podobě na arXiv, využil data shromážděná vesmírným dalekohledem Jamese Webba (JWST) k jeho prvnímu objevení. Také si uvědomili mechanismus, který jeho detekci ztěžoval – metalicitu objektu.

Metalicita je v astronomii velmi běžný pojem, ale je v rozporu s tím, co by se dalo považovat za běžné používání tohoto slova. V chemii jsou „kovy“ definovány jako chemické prvky s velmi specifickými vlastnostmi. V astronomii je však metalicita hvězdy (nebo hnědého trpaslíka) definována jako množství prvků, které jsou v ní přítomny, kromě vodíku a hélia.

Velmi staré hvězdy mají nižší metalicitu, protože proces tvorby prvků z periodické tabulky výše než hélium zahrnuje předchozí generaci hvězd explodujících v podobě supernovy. Takže obvykle platí, že čím je hvězda starší, tím nižší je její metalicita. Naše Slunce má relativně vysokou metalicitu, ale v tlustém disku Galaxie existují některé hvězdy a hnědí trpaslíci, kteří jsou mnohem starší s nižší úrovní metalicity.

Výzkumný tým použil přístroj NIRSpec na dalekohledu JWST k pozorování jednoho z těchto hnědých trpaslíků v tlustém disku – Wolf 1130C. Když se podívali na jeho spektrální profil, zjistili, že se v něm nachází jasný absorpční signál soustředěný kolem 4,3 μm – přesně tam, kde se očekává fosfin. Proč tedy nebyl dříve detekován u jiných podobných objektů?

Jupiter a Saturn mají hojný fosfin – jejich obsah fosforu se odhaduje na 5–16krát vyšší než ve Slunci, které je již tak bohaté na kovy. Signál fosfinu vidíme jasně díky tomu, že v jejich horních vrstvách atmosféry není přítomný rušivý faktor – oxid uhličitý. CO2 má extrémně silné absorpční čáry ve stejném bodě spektra jako fosfin a může snadno překrýt slabší signál připisovaný méně hojné sloučenině. U Jupitera a Saturnu není horní atmosféra příliš teplá, takže většina uhlíku v ní přítomného je vázána v metanu (CH4) spíše než v CO2. Metan má odlišný spektrální podpis, a proto neinterferuje s absorpcí fosfinu tak jako oxid uhličitý.

U hnědých trpaslíků, jako je Wolf 1130C, který je odhadem 44krát větší než Jupiter, jsou však horní vrstvy atmosféry mnohem teplejší, částečně proto, že v jejich jádru probíhá určité množství fúze, obvykle deuteria. Tato zvýšená teplota umožňuje tvorbu oxidu uhličitého – alespoň u hvězd s vysokou metalicitou. Signál fosfinu byl u Wolf 1130C tak jasný, protože vzhledem k jeho nízké metalicitě obsahoval ve srovnání s ostatními hvězdami nepatrné množství oxidu uhličitého. V podstatě nejde o to, že by fosfin u hnědých trpaslíků nebyl přítomen, ale o to, že signál, který ho ukazuje, byl překryt mnohem silnějším signálem běžnějšího prvku.

Vědci šli ještě o krok dál a dokázali, že fosfin nebyl do Wolf 1130C dodán pouze jednou ze dvou doprovodných hvězd v jeho trojhvězdné soustavě. Potvrdili, že vznikl v samotném hnědém trpaslíku a přesunul se do vnější atmosféry, kde jej lze detekovat. To také znamená, že i další hnědí trpaslíci s nízkou metalicitou by měli mít stejné fosfinové charakteristiky – tuto teorii lze ověřit dalšími pozorováními.

To má zřejmé důsledky pro nalezení fosfinu na jiných planetách. Ačkoliv nikdo netvrdí, že fosfin na plynném obru nebo hnědém trpaslíku je něco jiného než čistě chemické povahy, skutečnost, že absorpční linie této sloučeniny je tak úzce spjata s linií mnohem běžnější sloučeniny (CO2), která není biosignaturou, může její použití jako takovou výrazně ztížit. Skutečnost, že Venuše má ve své atmosféře dostatek oxidu uhličitého, také dále komplikuje předchozí zjištění. Vzhledem k tomu, že vědci nadále usilují o nalezení nových a lepších biosignatur, by tento výzkum fosfinu měl pomoci zmírnit jejich očekávání a přimět je, aby se znovu podívali na data, aby se ujistili, že vidí to, co si myslí, že vidí.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/phosphine-discovered-in-a-brown-dwarfs-atmosphere-for-the-first-time

autor: František Martinek