کشف فسفین در کوتوله قهوه‌ای باستانی؛ معمای نشانگر زیستی در کیهان عمیق‌تر شد

کشف مولکول فسفین (PH3) در جو یک کوتوله‌ی قهوه‌ای باستانی به نام ولف ۱۱۳۰سی، واقع در فاصله ۵۴ سال نوری از زمین، یک معمای پیچیده در شیمی فسفر در کهکشان راه شیری را آشکار ساخته است. این جرم آسمانی که بیش از ۱۰ میلیارد سال قدمت دارد، حاوی فسفین با غلظتی حدود ۱۰۰ قسمت در میلیارد است. این یافته، که توسط تیمی به سرپرستی آدام برگاسر، اخترفیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو، صورت گرفت، نخستین شناسایی قطعی فسفین در یک کوتوله قهوه‌ای است که با پیش‌بینی‌های مدل‌های نظری همخوانی دارد، اما در عین حال، دلیل عدم مشاهده آن در سایر اجرام مشابه را به یک پرسش اساسی تبدیل کرده است.

تضعیف جایگاه فسفین به عنوان نشانگر زیستی

این تناقض مشاهده‌ای، درک فعلی دانشمندان از شیمی فسفر را زیر سؤال برده و اهمیت فسفین را به عنوان یک نشانگر زیستی بالقوه، به‌ویژه در جستجوی حیات فرازمینی، تضعیف می‌کند. کشف ولف ۱۱۳۰سی یادآور این نکته است که این مولکول می‌تواند در محیط‌های کاملاً غیرزیستی نیز شکل بگیرد.

«مشکل در واقع ولف ۱۱۳۰سی نیست، بلکه کوتوله‌های قهوه‌ای و سیاره‌های غول‌پیکر دیگر هستند. بر اساس درک فعلی ما از شیمی پویای جوهای غنی از هیدروژن در دماهای پایین، انتظار داریم فسفین شکل غالب فسفر باشد.»

اظهارات برگاسر تأکید می‌کند که با وجود تلاش‌های گسترده با تلسکوپ‌های زمینی و تلسکوپ فضایی جیمز وب، این نخستین باری است که فسفین در یک کوتوله قهوه‌ای یا سیاره غول‌پیکر فراخورشیدی با غلظت مورد انتظار شناسایی می‌شود. این امر نشان می‌دهد که فرآیندهای شیمیایی مؤثر بر شکل‌گیری یا ممانعت از شکل‌گیری فسفین، جهان‌شمول نیستند و شیمی فسفر از جرمی به جرم دیگر متغیر است.

مقایسه با مشتری، زحل و زهره

ماجرای فسفین پیش‌تر در سال ۲۰۲۰ با اعلام کشف آن در جو زهره خبرساز شده بود؛ مولکولی که در زمین عمدتاً توسط میکروب‌ها تولید می‌شود. با این حال، فسفین محدود به فرآیندهای زیستی نیست. این مولکول در مقادیر قابل توجهی در جو سیارات غول‌پیکر مانند مشتری و زحل نیز یافت شده است، جایی که در اعماق داغ و پرفشار تشکیل شده و سپس از طریق همرفت به لایه‌های بالایی منتقل می‌شود.

مدل‌های شیمیایی جو سیارات غول‌پیکر بر اساس داده‌های مشتری و زحل توسعه یافته‌اند و برای مولکول‌هایی چون آمونیاک و متان کارآمد هستند. اما شیمی فسفر رفتاری متناقض نشان می‌دهد:

• مدل‌های شیمیایی برای مشتری، زحل و اکنون ولف ۱۱۳۰سی کارآمد هستند.
• این مدل‌ها برای سایر کوتوله‌های قهوه‌ای و سیارات فراخورشیدی ناکارآمد هستند.

کوتوله‌های قهوه‌ای به دلیل قرارگیری میان سیارات غول‌پیکر و ستارگان کوچک، به عنوان آزمایشگاه‌های ارزشمندی برای مطالعه هر دو دسته شناخته می‌شوند.

داده‌های طیف‌نگاری و ویژگی‌های منحصر به فرد

پژوهشگران با استفاده از طیف‌نگاری فروسرخ تلسکوپ جیمز وب، اثر جذب نور توسط فسفین را در ولف ۱۱۳۰سی بررسی کردند. برگاسر در این باره اظهار داشت:

«شگفت‌آور بود که ویژگی طیفی فسفین از همان ابتدا در داده‌ها به‌وضوح دیده می‌شد. در مطالعات قبلی برای یافتن ردهای ضعیف این مولکول نیاز به تحلیل‌های پیچیده بود، اما در ولف ۱۱۳۰سی حتی در داده‌های با وضوح پایین هم آشکار بود.»

مقدار فسفین مشاهده‌شده در ولف ۱۱۳۰سی با مقادیر مشتری و زحل مشابه است و برای اولین بار، جو یک کوتوله قهوه‌ای دقیقاً همان مقدار پیش‌بینی‌شده را نشان می‌دهد. دانشمندان سرنخ‌هایی را برای خاص بودن ولف ۱۱۳۰سی مطرح کرده‌اند:

• این جرم نسبت به عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم فقیرتر است، که ممکن است مسیر واکنش‌های فسفر را تغییر داده باشد.
• ولف ۱۱۳۰سی بخشی از یک منظومه‌ی سه‌تایی است که شامل یک کوتوله سفید پرجرم است و این جرم می‌تواند منبع فسفر اضافی باشد.

چشم‌انداز پژوهش‌های آتی

دانشمندان معتقدند که ادامه تحقیقات برای حل این معما حیاتی است. هدف اصلی، ارائه مدلی است که توضیح دهد چرا تنها ولف ۱۱۳۰سی مقدار پیش‌بینی‌شده فسفین را دارد و همچنین تعیین دقیق شرایط پایداری این مولکول.

برگاسر نتیجه‌گیری می‌کند: «پرسش اصلی این است که آیا ولف ۱۱۳۰سی یک استثناست، یا بقیه‌ی کوتوله‌های قهوه‌ای؟» بررسی این موضوع در نهایت درک ما را از منشأ فسفین، عنصری مهم در کهکشان، بهبود خواهد بخشید و مشخص می‌کند که آیا می‌توان از آن در جستجوی حیات در سیارات دیگر استفاده کرد یا خیر. تا زمان کشف پاسخ، پژوهشگران هشدار می‌دهند که نباید فسفین را به‌سادگی نشانه‌ی حیات در سیارات بیگانه تفسیر نمود.

نتایج این پژوهش در مجله ساینس (Science) منتشر شده است.