Молекула из атмосферы коричневого карлика отменяет поиск жизни в атмосфере Венеры
Коричневые карлики (brown dwarves) слишком малы, чтобы быть звездами, и слишком велики, чтобы быть планетами. Открытые только в 1990-х годах, эти промежуточные космические объекты недостаточно велики, чтобы гореть так же жарко и ярко, как настоящие звезды, вместо этого они излучают теплое тусклое свечение.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, группа астрономов сообщает об обнаружении удивительного вещества в атмосфере коричневого карлика, известном как Wolf 1130 C. Наряду с главной звездой Wolf 1130 A и белым карликом Wolf 1130 B он входит в тройную систему возрастом не менее 10 миллиардов лет. Она находится в 54 световых годах от нас и в силу старости в любой момент может коллапсировать по одному из умеренно катаклизмических сценариев. Впрочем, внимание астрономов коричневый карлик Wolf 1130 C привлек по иному поводу. В излучении этого объекта обнаружена линия химического вещества под названием фосфин, которое было в центре внимания противоречивых заявлений о наличии жизни на Венере.
Присутствие фосфина в турбулентной и негостеприимной атмосфере коричневого карлика показывает, что наше понимание жизненного цикла этой маленькой, простой молекулы является неполным — и ставит под сомнение идею о том, что ее можно рассматривать как сигнатуру инопланетной жизни.
Что такое коричневые карлики
Как и настоящие звезды, коричневые карлики образуются из сжимающихся газовых облаков. Газ нагревается при падении внутрь облака, но в коричневом карлике он никогда не нагревается настолько, чтобы вызвать термоядерный синтез водорода в гелий, который питает жар «настоящих» звезд.
Но пока газовое облако в 13 или более раз тяжелее Юпитера, оно будет нагреваться настолько, что сможет превращать обычный водород 1H в тяжелый изотоп дейтерий 2H. С астрофизической точки зрения этот «неполноценный» термоядерный синтез заканчивается довольно быстро, в пределах 100 миллионов лет, обычно намного быстрее.
Тем не менее гравитационный коллапс и синтез дейтерия создают значительный запас тепла в ядре коричневого карлика. Это порождает конвекционную петлю: вещество вблизи ядра нагревается и поднимается вверх, передавая тепло на верхние уровни, прежде чем остыть и опуститься обратно.
Коричневые карлики намного холоднее звезд. Температура поверхности самого молодого и крупного из них может достигать 2000°C, но температура самых холодных из них близка к комнатной.
Когда тепло от ядра достигает поверхностных слоев коричневого карлика, оно излучается в космос в основном в виде фотонов инфракрасного света. Инфракрасные волны трудно наблюдать с помощью наземных обсерваторий, но космические телескопы, такие как «Джеймс Уэбб» (JWST), обеспечивают лучший обзор. Это позволяет астрономам детальнее рассмотреть коричневых карликов.
Ядовитая биосигнатура
В коричневых карликах происходят любопытные химические реакции и процессы, которых нет в горячих звездах. На близлежащих объектах этого типа JWST может наблюдать за результатами этих химических процессов. Он делает это путем поиска «штрих-кодов» каждой молекулы — специфических узоров темных линий в спектре света, излучаемого карликом.
Фосфин (синонимы: гидрид фосфора, фосфористый водород, фосфан) — это простая молекула, состоящая из одного атома фосфора и трех атомов водорода (PH3). Газ фосфин чрезвычайно ядовит и ограниченно используется при протравливании сельхозпродукции и обработке нежилых помещений от насекомых-вредителей. Химически чистый фосфин не имеет запаха, но по факту в нем почти всегда есть примеси, которые придают газу неприятный запах чеснока или тухлой рыбы.
На Земле в естественных условиях его генерируют анаэробные почвенные и донные микроорганизмы, участвующие в разложении биологических останков. В 2020 году ученые сообщили, что обнаружили спектральные признаки фосфористого водорода в атмосфере Венеры. На Венере фосфин должен разрушаться довольно быстро, поэтому его обнаружение означает, что кто-то производит гидрид фосфора в очень больших количествах.
Но на деле все оказалось гораздо сложнее. Выяснилось, что фосфин содержится также в атмосферах Юпитера и Сатурна, и никто не предполагает, что в облаках этих планет существует жизнь. Ведь если на Венере очень жарко и едко, но жизнь в верхних слоях атмосферы теоретически возможна, то на далеких от Солнца газовых гигантах царит несовместимый с биологический жизнью минус, и там гидрид фосфора может получаться только из неорганических источников.
Фосфин в коричневых карликах
Что происходит с фосфином в более горячих или крупных системах, таких как коричневые карлики и горячие экзопланеты юпитерианского типа? Согласно некоторым моделям, мы должны увидеть здесь значительное количество фосфина. Но более ранние наблюдения JWST, проведенные на 23 коричневых карликах с температурой от 100°C до 700°C, не выявили присутствие фосфористого водорода вообще.
Недавнее наблюдение фосфина на коричневом карлике Wolf 1130 C (температура приблизительно 320°C) согласуется с моделями. По предположению авторов работы, это может быть как-то связано с тем, что Wolf 1130 C — очень возрастной карлик и содержит низкую концентрацию металлов.
По мнению ученых, не существует единой убедительной модели, которая объясняла бы количество фосфина, которое мы видим в атмосферах Юпитера, Сатурна, Wolf 1130C, других коричневых карликов и газовых экзопланет-гигантов. Без более глубокого понимания трактовка присутствия фосфина как биосигнатуры вызывает безусловное сомнение.
Возможно, фосфин все-таки есть на Венере, но причиной его появления была неизвестная химия или физика, а не биология. Гипотеза о венерианской жизни вновь отходит на второй план.
Недавно мы рассказали об уникальном квартете из двух оранжевых и двух коричневых карликов.
