磷是地球上生命得以存在的六種基本元素之一。與氫結合時會形成磷化氫（PH3），這是一種劇毒、易爆的氣體。這種化合物存在於氣態巨行星木星和土星的大氣層中。並被視為厭氧生命的可能生物標誌物。在地球上，磷化氫是由沼澤中有機物的分解自然產生的。但在其他行星上，磷化氫是罕見且有趣的。
該研究小組由天文學和天體物理學教授領導。加州大學聖地亞哥分校的 Adam Burgasser 在一顆名為 Wolf 1130C 的涼爽古老棕矮星的大氣中檢測到了磷化氫。他們的研究結果最近發表在該雜誌上。 科學–
該團隊使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）做出了這一發現，這是第一台強大到足以詳細分析這些光線昏暗、低溫物體的儀器。然而，令人驚訝的部分並不是發現磷化氫。但褐矮星和其他氣態巨行星似乎缺少它。正如科學家所預料的那樣
探索古代恆星的化學成分
布爾加瑟說：“我們的天文學項目‘遠古奧秘’專注於古老的、貧金屬的褐矮星，以測試我們對大氣化學的理解。” “了解磷化氫問題是我們的首要目標之一。”
在正常情況下，磷化氫在木星和土星等氣態巨行星的富含氫的大氣中自然形成。出於這個原因，研究人員長期以來一直認為它應該存在於其他恆星周圍的類似環境中。其中包括棕矮星，它們有時被稱為“失敗的恆星”，因為它們太小，無法像真正的恆星那樣融合氫。
然而，在之前的 JWST 觀測中，磷化氫一直難以捉摸，這表明我們對磷化學的理解可能缺失了一些東西。 “在JWST之前，人們預計系外行星和褐矮星的大氣中會含有豐富的磷化氫。這是基於我們所知道的這些來源中存在的混沌混合物的理論預測，”合著者薩姆·拜勒（Sam Byler）解釋道，他是都柏林三一學院的博士後學者，最近從托萊多大學獲得了博士學位。
貝勒領導了一項早期研究來調查這種缺席情況。他補充說：“我們從 JWST 收到的每一項觀測都對理論預測提出了挑戰。直到我們注意到 Wolf 1130C。”
狼的不尋常系統1130ABC
Wolf 1130C 是位於天鵝座 54 光年之外的複雜三星系統的一部分。褐矮星圍繞一個緊密的雙星系統運行，該雙星系統由一顆冷紅星（Wolf 1130A）和一顆緻密白矮星（Wolf 1130B）組成。天文學家長期以來對這個系統很感興趣，因為 Wolf 1130C 的“金屬”（比氫和氦重的元素）比太陽少得多。因此，它是研究古代宇宙化學的一個有價值的實驗室。
與之前對褐矮星的觀測不同，JWST 的數據揭示了 Wolf 1130C 大氣中磷化氫發出的強烈紅外信號，以了解存在多少氣體。因此，研究小組向舊金山州立大學助理教授艾琳·岡薩雷斯尋求幫助。專門從事大氣建模
“為了研究 Wolf 1130C 中的分子含量，我使用了一種稱為大氣反演的建模技術，”岡薩雷斯說。 “這項技術使用 JWST 數據來確定大氣中每種分子氣體的含量。這就像廚師拒絕放棄食譜時對美味餅乾進行逆向工程一樣。”
她的分析證實了磷化氫的預期含量，約為十億分之一百。
為什麼這是一顆褐矮星而不是其他類型？
這一發現提出了一個新問題：為什麼這種類型的褐矮星含有磷化氫？而其他類型則沒有。一種可能性與該物體不尋常的化學成分有關。 “在正常條件下，磷可能與另一種分子結合，例如三氧化二磷，”拜勒解釋道。 “在 Wolf 1130C 的貧金屬大氣中，沒有足夠的氧氣來吸收磷。這使得磷化氫能夠從豐富的氫氣中形成。”
研究小組計劃通過 JWST 對其他不含金屬的褐矮星的觀察來測試這個想法，看看是否會出現相同的模式。
來自垂死恆星的線索
另一個假設是磷可能是在 Wolf 1130ABC 系統內產生的，特別是來自白矮星 Wolf 1130B。布爾加瑟說：“白矮星是完成氫聚變的恆星的剩餘外殼。”它們的密度如此之大，以至於當它們在表面積累物質時，它們會發生不受控制的核反應。我們檢測到它是一顆新星。 ”
雖然天文學家還沒有觀測到任何新星事件，這個系統在歷史上相對較新，但這樣的爆炸每隔幾千年才會發生一次，因為沃爾夫 1130ABC 才被人們知道大約一個世紀。因此，之前的火山噴發可能沒有引起人們的注意。它會在周圍區域留下磷的痕跡。先前的研究表明，銀河系的許多磷原子可能源自這些恆星爆炸。
揭示宇宙中磷的起源
了解 Wolf 1130C 為何擁有如此有力的磷化氫證據，可以為了解磷在星系中的形成方式及其在行星大氣中的行為提供重要見解。正如伯吉瑟所解釋的那樣：“如果我們希望利用這種分子在太陽係以外的類地世界中尋找生命，那麼了解棕矮星大氣中的磷化氫化學就非常重要，因為我們不認為那裡有生命。”
這項工作得到了 NASA/STScI（NAS 5-03127 和 AR-2232）和 Heising-Simons 基金會的支持。
