Astronomer har upptäckt fosfingas i atmosfären hos den bruna dvärgen Wolf 1130C med hjälp av James Webb Space Telescope. Detta fynd, lett av forskare vid University of California San Diego, utmanar förväntningarna eftersom fosfin har varit frånvarande i liknande objekt. Upptäckten kan ge insikter om fosforkemi i lågmetallmiljöer.
Fosfin (PH3), en mycket giftig och explosiv gas som binder fosfor med väte, är en av de essentiella elementen för liv på jorden och en potentiell biosignatur för anaerobt liv. Den förekommer naturligt i atmosfärerna hos Jupiter och Saturnus och från ruttnande organiskt material på jorden, men har varit svårfångad i exoplaneter och bruna dvärgar trots teoretiska förutsägelser.
Ett team ledd av professor i astronomi och astrofysik vid University of California San Diego, Adam Burgasser, upptäckte fosfin i atmosfären hos den kalla, gamla bruna dvärgen Wolf 1130C. Fynden publicerades i tidskriften Science 2025 (DOI: 10.1126/science.adu0401). Med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST), det första instrumentet som kan utföra detaljerad analys av sådana svaga, låg-temperaturobjekt, observerade forskarna en stark infraröd signal från fosfin.
Wolf 1130C är en del av ett tre-stjärnigt system 54 ljusår bort i stjärnbilden Svanen, som kretsar kring ett binärt par: en kall röd stjärna (Wolf 1130A) och en tät vit dvärg (Wolf 1130B). Denna bruna dvärg, ibland kallad en 'misslyckad stjärna', har långt färre metaller — element tyngre än väte och helium — än solen, vilket gör den till ett nyckellaboratorium för primitiv kosmisk kemi.
Överraskningen ligger i fosfinets frånvaro från andra bruna dvärgar och gasjättar-exoplaneter observerade av JWST. "Före JWST förväntades fosfin vara rikligt förekommande i exoplanet- och brun dvärg-atmosfärer, enligt teoretiska förutsägelser baserade på den turbulenta blandningen vi vet existerar i dessa källor," sa medförfattaren Sam Beiler, en postdoktoralforskare vid Trinity College Dublin. "Varje observation vi har fått med JWST har utmanat de teoretiska förutsägelserna — det vill säga tills vi observerade Wolf 1130C."
Biträdande professor Eileen Gonzales från San Francisco State University använde atmosfärisk retrieval-modellering för att bekräfta fosfinets riklighet på cirka 100 delar per miljard. En hypotes tillskriver detta den metallfattiga atmosfären som saknar tillräckligt med syre för att binda fosfor, vilket tillåter bildning av fosfin med det rikliga väte. En annan föreslår lokal produktion från den vita dvärgen Wolf 1130B genom tidigare nova-händelser, som kunde berika omgivningen med fosfor.
Teamets program, Arcana of the Ancients, riktar sig mot gamla, metallfattiga bruna dvärgar för att testa atmosfärisk kemi. "Att förstå problemet med fosfin var ett av våra första mål," noterade Burgasser. Kommande JWST-observationer av liknande objekt kommer att testa dessa idéer. Detta arbete, stödd av NASA/STScI (NAS 5-03127 och AR-2232) och Heising-Simons Foundation, kan informera om fosfors ursprung i galaxen och dess roll i planetatmosfärer, och stödja sökandet efter liv bortom jorden.