دلیل اصلی آن، ادعای کشف این گاز در جو سیاره زهره بود — کشفی که هنوز هم در میان دانشمندان به شدت مورد بحث است. فسفین روی سیارات سنگی مانند زمین و زهره تنها از طریق فرایندهای زیستی شناختهشده تولید میشود، اما در سیارات غولپیکر گازی و حتی در کوتولههای قهوهای (اجرامی میانسیارهای که از مشتری بزرگتر ولی از یک ستاره کوچکترند و قادر به آغاز گداخت هیدروژن نیستند) بهطور طبیعی و شیمیایی یافت میشود.
تا همین اواخر، هیچ مشاهدهی مستقیمی از وجود فسفین در جو کوتولههای قهوهای خارج از منظومهی شمسی ثبت نشده بود. اما مقالهای تازه از گروهی بینالمللی از پژوهشگران که بهصورت نسخهی پیشچاپ در پایگاه arXiv منتشر شده، برای نخستین بار با استفاده از دادههای تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) موفق به کشف فسفین در جو یکی از این اجرام شد. افزون بر این، پژوهشگران متوجه شدند چرا تاکنون شناسایی فسفین در این اجرام دشوار بوده است: علت آن، چیزی به نام فلزیّت (Metallicity) است.
در اخترشناسی، «فلزیّت» مفهومی کلیدی اما برخلاف معنای معمول واژهی فلز در شیمی است. در شیمی، فلزها عناصری خاص با ویژگیهای مشخصاند، اما در اخترشناسی، فلزیّت ستاره به میزان عناصر سنگینتر از هیدروژن و هلیوم در ترکیب آن اشاره دارد. به بیان ساده، هرچه ستارهای جوانتر باشد، معمولاً فلزیّت بیشتری دارد، چون عناصر سنگینتر از هلیوم تنها در نتیجهی انفجار ابرنواختری نسلهای پیشین ستارگان پدید میآیند. بنابراین، ستارگان پیرتر فلزیّت پایینتری دارند. خورشید ما نسبتاً فلزیّت بالایی دارد، اما در بخش موسوم به «دیسک ضخیم» کهکشان، ستارگان و کوتولههای قهوهای کهنسالتری وجود دارند که میزان فلز در آنها بسیار کمتر است.
پژوهشگران با استفاده از ابزار NIRSpec تلسکوپ جیمز وب، یکی از همین کوتولههای قهوهای در دیسک ضخیم کهکشان را هدف گرفتند: جرم آسمانیای به نام Wolf 1130C. طیفنگاری این جرم نشان داد که در طول موج ۴٫۳ میکرون سیگنال جذب مشخصی وجود دارد — درست در جایی که انتظار میرود فسفین دیده شود. پرسش این بود: چرا تاکنون چنین نشانهای در دیگر کوتولههای قهوهای یافت نشده بود؟
برای پاسخ به این سؤال، باید به سیارات مشتری و زحل نگاه کرد. هر دو این غولهای گازی مقادیر فراوانی فسفین در جو خود دارند. در واقع، مقدار فسفر در آنها حدود ۵ تا ۱۶ برابر میزان آن در خورشید (که خود غنی از فلز است) تخمین زده میشود. در مشتری و زحل، تشخیص سیگنال فسفین نسبتاً آسان است، زیرا در جو بالایی آنها دیاکسیدکربن (CO₂) وجود ندارد تا در اندازهگیریها اختلال ایجاد کند.
CO₂ خطوط جذب بسیار قویای در همان محدودهی طیفی دارد که فسفین نیز در آن دیده میشود. اگر مقدار زیادی دیاکسیدکربن وجود داشته باشد، سیگنال ضعیفتر فسفین را میپوشاند. در جو بالایی مشتری و زحل، دما پایین است و بیشتر کربن بهصورت متان (CH₄) وجود دارد، نه دیاکسیدکربن. متان امضای طیفی متفاوتی دارد و در نتیجه در شناسایی فسفین تداخل ایجاد نمیکند.
اما در مورد کوتولههای قهوهای مانند Wolf 1130C وضعیت متفاوت است. این جرم که ۴۴ برابر بزرگتر از مشتری است، درون خود دمای بسیار بالاتری دارد. دلیل آن وجود نوعی گداخت سبک در هستهاش است — معمولاً گداخت دوتریوم (هیدروژن سنگین). این گرمای اضافی موجب میشود در جو بالایی کوتولههای قهوهای، دیاکسیدکربن بیشتری تشکیل شود، بهویژه در آنهایی که فلزیّت بالایی دارند.
اما Wolf 1130C از فلزیّت پایینی برخوردار است، یعنی میزان عناصر سنگین در آن بسیار اندک است. به همین علت، دیاکسیدکربن بسیار کمی در جو بالاییاش وجود دارد، و این امر باعث شد سیگنال فسفین بهوضوح دیده شود. در نتیجه، مسئله این نیست که کوتولههای قهوهای فاقد فسفیناند، بلکه این گاز پیشتر در میان سیگنال نیرومندتر دیاکسیدکربن پنهان شده بود.
پژوهشگران در گام بعدی بررسی کردند که آیا فسفین مشاهدهشده از یکی از دو ستارهی همدم در منظومهی سهتایی Wolf 1130 به این کوتوله منتقل شده یا خیر. آنان با تحلیلهای دقیقتر نشان دادند که فسفین در خود Wolf 1130C تولید شده و سپس از لایههای درونی به سمت جو بیرونی حرکت کرده است؛ جایی که تلسکوپ توانسته آن را شناسایی کند. این نتیجه نشان میدهد که دیگر کوتولههای قهوهای با فلزیّت پایین نیز باید نشانههایی مشابه از فسفین داشته باشند — نظریهای که میتواند در مشاهدات آیندهی جیمز وب و دیگر ابزارها آزموده شود.
اهمیت این کشف تنها به شناخت کوتولههای قهوهای محدود نمیشود، بلکه پیامدهایی گسترده برای جستجوی زیستنشانگرها (biosignatures) در سیارات فراخورشیدی دارد. هیچکس ادعا نمیکند که فسفین در غولهای گازی یا کوتولههای قهوهای منشأ زیستی دارد، اما نکتهی کلیدی اینجاست که طیف جذبی فسفین دقیقاً با همان محدودهی طیفی دیاکسیدکربن همپوشانی دارد. از آنجا که CO₂ فراوان و غیربیوژنیک است، این همپوشانی کار استفاده از فسفین بهعنوان نشانهای از حیات را بسیار دشوار میسازد.
این موضوع بهویژه دربارهی زهره اهمیت دارد، جایی که جو آن سرشار از دیاکسیدکربن است و همین امر سبب شده شناسایی فسفین در آن با تردید و اختلافنظرهای فراوان روبهرو شود. پژوهشگران امیدوارند که با بررسیهای تازه و دقیقتر، بتوانند تفکیک دقیقتری میان خطوط جذبی این دو گاز به دست آورند.
بهطور کلی، این پژوهش یادآور میشود که در جستجوی نشانههای حیات، باید انتظارات واقعبینانهتر و ابزارهای تحلیلی دقیقتری به کار برد. همانطور که تلسکوپ جیمز وب توانست مرزهای شناخت ما از کوتولههای قهوهای را جابهجا کند، در آینده نیز ممکن است نشان دهد که بسیاری از آنچه تاکنون به عنوان نشانهی احتمالی حیات تصور میکردیم، در واقع پدیدههایی طبیعی و شیمیایی هستند که صرفاً در محیطهای خاص نمایان میشوند.
در نهایت، کشف فسفین در Wolf 1130C نخستین شاهد مستقیم از وجود این ترکیب در جو کوتولههای قهوهای است و پنجرهای تازه به روی درک ما از این «ستارگان ناکام» میگشاید. این یافتهها نشان میدهد که فلزیّت نه تنها در فرایندهای ستارهای بلکه در ترکیب و رفتار شیمیایی جو اجرام آسمانی نیز نقش تعیینکننده دارد. پژوهشهای آینده احتمالاً به شناسایی فسفین در دیگر کوتولههای قهوهای با فلزیّت پایین منجر خواهد شد و درک ما را از ترکیب شیمیایی جهان و مسیرهای احتمالی حیات در کیهان گسترش خواهد داد.
