تم رصد الفوسفين أخيرًا في الغلاف الجوي للقزم البني Wolf 1130C، مما أثار دهشة علماء الفلك الذين كافحوا للعثور على الغاز في مكان آخر.

كشفت قياسات تلسكوب جيمس ويب الفضائي التفصيلية عن الفوسفين عند المستويات التي تنبأت بها النظرية تمامًا، مما أدى إلى كسر سلسلة من عدم الاكتشافات غير المبررة.

دور الفوسفور في الحياة وما بعدها

يعد الفوسفور أحد العناصر الستة الأساسية التي تدعم الحياة على الأرض. وعندما يتحد مع الهيدروجين، فإنه ينتج الفوسفين (PH3)، وهو غاز متفجر وشديد السمية. الفوسفين موجود في الأجواء كوكب المشتري و زحل ويُنظر إليه على أنه بصمة حيوية محتملة للحياة اللاهوائية لأن الكواكب الأرضية لديها طرق طبيعية قليلة جدًا لتوليدها. على الأرض، يتم إطلاقه من خلال تحلل المواد العضوية في بيئات المستنقعات.

حددت مجموعة بحثية بقيادة أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا، سان دييغو، آدم بورغاسر، الفوسفين في الغلاف الجوي لقزم بني بارد وقديم يسمى Wolf 1130C. ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في علوم.

اختفاء الفوسفين الغريب

اكتشف الفريق الفوسفين في الغلاف الجوي للكوكب Wolf 1130C باستخدام بيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، والتي تتمتع بالحساسية اللازمة لفحص هذه الأجسام الخافتة بالتفصيل. ما يحير الباحثين ليس وجود الفوسفين على هذا القزم البني، بل غيابه في الأقزام البنية الأخرى والعملاق الغازي الكواكب الخارجية حيث كان من المتوقع منذ فترة طويلة أن تظهر.

وقال المؤلف الرئيسي بورغاسر: “يركز برنامجنا الفلكي، المسمى Arcana of the Ancients، على الأقزام البنية القديمة الفقيرة بالمعادن كوسيلة لاختبار فهمنا لكيمياء الغلاف الجوي”. “إن فهم مشكلة الفوسفين كان أحد أهدافنا الأولى.”

لغز الفوسفين المفقود

يتشكل الفوسفين بشكل طبيعي في الأجواء الغنية بالهيدروجين مثل تلك الموجودة في كوكب المشتري وزحل. ولهذا السبب، توقع العلماء العثور عليه على الكواكب الغازية العملاقة حول النجوم الأخرى وعلى الأقزام البنية، وهي أكبر من الكواكب ولكنها أصغر من النجوم الحقيقية. ويشار إلى هذه الأجسام أحيانًا باسم “النجوم الفاشلة” لأنها لا تستطيع دمج الهيدروجين.

وعلى الرغم من هذه التوقعات، كان من الصعب اكتشاف الفوسفين. وحتى ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائية السابقة لم تظهر الغاز، مما أثار مخاوف بشأن الثغرات في النماذج الحالية لكيمياء الفوسفور. “قبل تلسكوب جيمس ويب الفضائي، كان من المتوقع أن يكون الفوسفين متوفرًا بكثرة كوكب خارجي وأوضح المؤلف المشارك سام بيلر، الذي تخرج مؤخرًا من جامعة توليدو وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في كلية ترينيتي في دبلن، “أجواء القزم البني، بعد التنبؤات النظرية المستندة إلى الاختلاط المضطرب الذي نعرفه موجودًا في هذه المصادر”.

وأضاف بيلر، الذي سبق له أن حقق في مشكلة الفوسفين المفقود: “كل ملاحظة حصلنا عليها باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي تحدت التوقعات النظرية – أي حتى رصدنا Wolf 1130C”.

نظام غريب: الذئب 1130ABC

في النظام النجمي Wolf 1130ABC، الذي يقع على بعد 54 سنة ضوئية من الشمس في كوكبة الدجاجة، يتبع القزم البني Wolf 1130C مدارًا واسعًا حول نظام نجمي مزدوج ضيق، يتكون من نجم أحمر بارد (Wolf 1130A) ونجم ضخم. قزم أبيض (وولف 1130ب). كان Wolf 1130C مصدرًا مفضلاً لعلماء فلك الأقزام البنية نظرًا لانخفاض وفرة “المعادن” – أي عناصر أخرى غير الهيدروجين والهيليوم – مقارنة بالشمس.

على عكس الأقزام البنية الأخرى، تمكن الفريق بسهولة من رصد الفوسفين في البيانات الطيفية للأشعة تحت الحمراء الخاصة بـ JWST الخاصة بـ Wolf 1130C. لفهم الآثار المترتبة على النتائج التي توصلوا إليها بشكل كامل، كانوا بحاجة إلى قياس كمية هذا الغاز في الغلاف الجوي للكوكب Wolf 1130C. وقد تم ذلك من قبل البروفيسور المساعد في علم الفلك في جامعة ولاية سان فرانسيسكو، إيلين غونزاليس، وهي أيضًا مؤلفة مشاركة في الدراسة.

وأوضح جونزاليس: “لتحديد وفرة الجزيئات في Wolf 1130C، استخدمت تقنية النمذجة المعروفة باسم الاسترجاع الجوي”. “تستخدم هذه التقنية بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لتحديد كمية كل غاز جزيئي صِنف يجب أن يكون في الغلاف الجوي. إنه مثل الهندسة العكسية لملف تعريف الارتباط اللذيذ عندما لا يتخلى الطاهي عن الوصفة.

وفرة مفاجئة

أظهرت نماذج غونزاليس أن وفرة الفوسفين كانت العنصر السري في Wolf 1130C. وعلى وجه التحديد، وجدت أن الفوسفين كان موجودًا عند الوفرة النظرية المتوقعة والتي تبلغ حوالي 100 جزء في المليار.

وبينما يسعد الباحثون باكتشافهم، فإنه يطرح سؤالا: لماذا يتواجد الفوسفين في الغلاف الجوي لهذا القزم البني دون غيره؟

أحد الاحتمالات هو قلة وفرة المعادن في الغلاف الجوي للكوكب Wolf 1130C، مما قد يغير كيمياءه الأساسية. وأوضح بيلر: “من الممكن في الظروف الطبيعية أن يرتبط الفوسفور بجزيء آخر مثل ثالث أكسيد الفوسفور”. “في الغلاف الجوي المستنفد للمعادن في Wolf 1130C، لا يوجد ما يكفي من الأكسجين لاستيعاب الفوسفور، مما يسمح للفوسفين بالتشكل من الهيدروجين الوفير.”

ويأمل الفريق في استكشاف هذا الاحتمال من خلال عمليات رصد JWST الجديدة التي ستبحث عن الفوسفين في الغلاف الجوي للأقزام البنية الأخرى الفقيرة بالمعادن.

الاحتمال الآخر هو أن الفوسفور قد تم توليده محليًا في نظام Wolf 1130ABC، وتحديدًا بواسطة قزمه الأبيض، Wolf 1130B.

الأقزام البيضاء والألعاب النارية القديمة

وأوضح بورغاسر أن “القزم الأبيض هو بقايا قشرة نجم انتهى من دمج الهيدروجين الخاص به”. “إنها كثيفة جدًا لدرجة أنه عندما تتراكم المواد على سطحها، فإنها يمكن أن تخضع لتفاعلات نووية جامحة، والتي نكتشفها على أنها مستعرات.”

لم يلاحظ علماء الفلك أي انفجارات من هذا القبيل في نظام Wolf 1130ABC في الوقت الذي تمت دراسته فيه، لكن دورات المستعرات غالبًا ما تمتد لآلاف أو حتى عشرات الآلاف من السنين. ونظرًا لأن هذا النظام لم يُعرف إلا منذ ما يزيد قليلاً عن قرن من الزمان، فمن الممكن بسهولة أن تمر الانفجارات السابقة دون أن يلاحظها أحد. إذا حدثت، فقد تكون قد بعثرت الفوسفور في جميع أنحاء النظام. أشارت الأبحاث السابقة إلى أن هذا النوع من الأحداث قد يكون مسؤولاً عن إنتاج كمية كبيرة من الفوسفور الموجود في الكائنات الحية درب التبانة.

نافذة على الكيمياء الكونية

إن معرفة سبب عرض Wolf 1130C لمثل هذا التوقيع المميز للفوسفين يمكن أن يكشف عن كيفية تشكل الفسفور في المجرة وكيف يتصرف في بيئات كوكبية مختلفة. وكما أشار بورغاسر، فإن “فهم كيمياء الفوسفين في أجواء الأقزام البنية، حيث لا نتوقع وجود حياة، أمر بالغ الأهمية إذا كنا نأمل في استخدام هذا الجزيء في البحث عن الحياة في عوالم أرضية خارج نظامنا الشمسي”.

المرجع: “رصد الفوسفين غير المستنفد في الغلاف الجوي لقزم بني منخفض الحرارة” بواسطة Adam J. Burgasser, Eileen C. Gonzales, Samuel A. Beiler, Channon Visscher, Ben Burningham, Gregory N. Mace, جاكلين ك. آرون ميسنر، مايكل كوشينغ، آدم سي. شنايدر، جينارو سواريز، تشيه تشون هسو، رومان جيراسيموف، كريستيان أغانزي وكريستوفر أ. ثيسن، 2 أكتوبر 2025، علوم.
دوى: 10.1126/science.adu0401

تم تمويل هذه الدراسة جزئيًا من قبل ناسا/STScI (NAS 5-03127 وAR-2232) ومؤسسة Heising-Simons.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.