Загадочная молекула ставит под сомнение возможные признаки жизни на Венере

Коричневые карлики: слишком малы, чтобы быть звездами, слишком велики, чтобы быть планетами. Эти промежуточные космические объекты, обнаруженные лишь в 1990-х годах, недостаточно велики, чтобы гореть так же горячо и ярко, как настоящие звезды, и вместо этого обычно испускают теплое тусклое свечение.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, группа астрономов сообщает об обнаружении удивительного вещества в коричневом карлике, известном как Wolf 1130C: химического вещества под названием фосфин, которое стало предметом спорных заявлений о наличии жизни на Венере.

Однако присутствие фосфина в бурной и негостеприимной атмосфере коричневого карлика показывает, что наше понимание жизненного цикла этой небольшой, простой молекулы неполно, и ставит под сомнение идею о том, что ее можно считать «биосигнатурой» инопланетной жизни.

Как и настоящие звёзды, коричневые карлики образуются из коллапсирующих газовых облаков в космосе. Газ нагревается по мере падения внутрь, но в коричневом карлике он никогда не нагревается настолько, чтобы запустить реакцию синтеза гелия из водорода, который питает звёзды.

Но пока газовое облако будет как минимум в 13 раз тяжелее Юпитера, оно разогреется достаточно, чтобы произошла термоядерная реакция с чуть более тяжёлым водородом — дейтерием. По астрофизическим меркам этот процесс завершится довольно быстро — примерно через 1–100 миллионов лет.

Однако гравитационный коллапс и термоядерный синтез создают огромное количество тепла в ядре коричневого карлика. Это создаёт конвекционную петлю: газ вблизи ядра нагревается и поднимается, передавая тепло верхним слоям, а затем остывает и падает обратно.

Коричневые карлики гораздо холоднее звёзд. Температура поверхности самых молодых и крупных из них может достигать 2000°C, но самые холодные из них имеют температуру, близкую к комнатной.

Как только тепло из ядра достигает поверхностных слоев коричневого карлика, оно излучается в космос в основном в виде фотонов инфракрасного света.

Инфракрасные длины волн трудно наблюдать с помощью наземных телескопов, но космические телескопы, такие как космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST), обеспечивают лучшее изображение. Это позволяет нам лучше рассмотреть коричневые карлики.

В коричневых карликах происходят интересные химические реакции и процессы, не характерные для горячих звезд.

Для близлежащих коричневых карликов JWST может наблюдать результаты этих химических процессов. Он делает это, ища «штрихкоды» каждой молекулы — особые узоры тёмных линий в спектре света, излучаемого коричневым карликом.

Фосфин — простая молекула с одним атомом фосфора и тремя атомами водорода.

В 2020 году некоторые учёные полагали, что обнаружили его спектральный след в атмосфере Венеры. Условия на Венере предполагают, что фосфин там должен довольно быстро разрушаться, поэтому его обнаружение означало бы, что где-то происходит его активное производство.

На Земле фосфин присутствует только благодаря жизни, поэтому его активно исследовали как потенциальный признак жизни. Поэтому его потенциальное обнаружение на Венере было захватывающим событием.

Но если копнуть глубже заголовков, то всё окажется гораздо тоньше. Фосфин обнаружен в атмосферах Юпитера и Сатурна, и никто не предполагает, что в облаках этих планет существует жизнь.

Причина в том, что мы понимаем, как фосфин может образовываться и сохраняться в нижних слоях атмосферы этих планет. Затем он поднимается на поверхность, где быстро разрушается, но только после того, как мы видим его спектральную сигнатуру.

Что происходит с фосфином в более горячих или крупных системах, таких как коричневые карлики и экзопланеты типа горячего Юпитера?

Согласно некоторым моделям, здесь должно быть значительное количество фосфина. Однако более ранние наблюдения телескопа JWST, изучавшего 23 коричневые карлика с температурами от 100°C до 700°C, не обнаружили фосфина.

Однако недавнее наблюдение фосфина на коричневом карлике Wolf 1130C (температура около 320°C) очень хорошо соответствует моделям. Почему?

Исследователи, проводившие новое исследование, пока не уверены в этом. Они предполагают, что это может быть связано с тем, что Wolf 1130C старый и содержит низкую концентрацию металлов.

На данном этапе они приходят к простому выводу: не существует последовательной модели, объясняющей количество фосфина, наблюдаемое в атмосферах Юпитера, Сатурна, Wolf 1130C, других коричневых карликов и газовых гигантов экзопланет. Без более глубокого понимания использование фосфина в качестве биосигнатуры сомнительно.

Так что, возможно, фосфин на Венере всё-таки был, но его причиной были неизвестные химические или физические процессы, а не биология. Инопланетная жизнь остаётся последней гипотезой.