Astronomen hebben in de atmosfeer van de bruine dwergster Wolf 1130C het bijzondere gas fosfine ontdekt, maar vragen zich af waarom het niet vaker voorkomt in andere bruine dwergen.
Fosfor is een van de zes essentiële elementen die nodig zijn voor leven op aarde. In combinatie met waterstof vormt fosfor het molecuul fosfine (PH3) – een explosief, zeer giftig gas. Het komt voor in de atmosferen van de planeten Jupiter en Saturnus en wordt gezien als een mogelijke biosignatuur voor anaëroob leven, omdat er in de atmosferen van aarde-achtige planeten maar weinig natuurlijke bronnen van dit gas aanwezig zijn. Op aarde is fosfine een nevenproduct van rottend organisch moerasmateriaal.
Een onderzoeksteam onder leiding van Adam Burgasser van de Universiteit van Californië in San Diego (VS) heeft nu bekendgemaakt dat er fosfine is gedetecteerd in de atmosfeer van een koele, oude bruine dwerg met de aanduiding Wolf 1130C (Science, 2 oktober). Daarbij is gebruik gemaakt van de Webb-ruimtetelescoop – de eerste telescoop die gevoelig genoeg is om hemellichamen als deze in detail te bekijken. Dat daarbij fosfine is ontdekt, komt niet als een verrassing. Het echte raadsel is waarom dit gas ontbreekt in de atmosferen van andere bruine dwergen en gasreuzen.
In de waterstofrijke atmosferen van gasreuzen zoals Jupiter en Saturnus ontstaat fosfine op natuurlijke wijze. Wetenschappers verwachtten dan ook dat fosfine ook aanwezig zou zijn in de atmosferen van gasreuzen die rond andere sterren draaien, en in de atmosferen van hun zwaardere verwanten, de bruine dwergen (objecten die soms ‘mislukte sterren’ worden genoemd omdat ze geen waterstof fuseren).
Toch bleef fosfine tot nu toe onvindbaar, zelfs bij eerdere Webb-waarnemingen. En dat doet vermoeden dat ons begrip van de chemie van fosfor terkortschiet. ‘Vóór Webb was de verwachting dat fosfine in overvloed aanwezig zou zijn in de atmosferen van exoplaneten en bruine dwergen’, aldus mede-auteur Sam Beiler van de Universiteit van Toledo (VS).
De bruine dwerg Wolf 1130C maakt deel uit van het stersteem Wolf 1130ABC, op vierenvijftig lichtjaar in het sterrenbeeld Zwaan. Hij cirkelt in een wijde baan om een dubbelster bestaande uit een koele rode dwergster (Wolf 1130A) en een zware witte dwerg (Wolf 1130B), en is een favoriet onderzoeksobject voor astronomen die zich bezighouden met bruine dwergen, omdat hij in vergelijking met onze zon relatief weinig ‘metalen’ bevat – de term die astronomen gebruiken voor alle elementen zwaarder dan waterstof en helium.
Anders dan bij andere bruine dwergen kon het team gemakkelijk fosfine waarnemen in het infraroodspectrum van Wolf 1130C. Om de implicaties daarvan volledig te begrijpen, moesten de onderzoekers vaststellen hoeveel van dit gas in de atmosfeer van Wolf 1130C aanwezig is – een taak die werd uitgevoerd door Eileen Gonzales van de San Francisco State University, die eveneens medeauteur is van het recent gepubliceerde onderzoeksverslag.
De modellen van Gonzales laten zien dat er een overvloed aan fosfine aanwezig is in de atmosfeer van Wolf 1130C. Hoewel de onderzoekers blij zijn met deze ontdekking blijft onduidelijk waarom het gas in de atmosferen van andere bruine dwergen spoorloos is.
Een mogelijke verklaring is de geringe hoeveelheid metalen in de atmosfeer van Wolf 1130C: die zou de onderliggende chemie kunnen verstoren. ‘Het is denkbaar dat fosfor onder normale omstandigheden gebonden is aan een ander molecuul, zoals fosfortrioxide’, aldus Beiler. ‘In de metaalarme atmosfeer van Wolf 1130C is er niet genoeg zuurstof om het fosfor op te nemen, waardoor zich in de overvloed aan waterstof fosfine kan vormen’. (EE)
Detection of Phosphine in a Brown Dwarf Atmosphere Raises More Questions