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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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太陽系外天體首次發(fā)現(xiàn)磷化氫
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太陽系外天體首次發(fā)現(xiàn)磷化氫 2025-10-16 來源: 中國科學(xué)報 袁一雪【字體:大 中 小】語音播報 磷與碳、氫、氧、氮、硫是地球生命必需的6種關(guān)鍵元素。磷和氫結(jié)合會生成磷化氫氣體,不僅危險、容易爆炸,還含有劇毒。在宇宙中,木星、土星等氣態(tài)巨行星的大氣層里也存在磷化氫?茖W(xué)家一直認(rèn)為,這可能是“不需要氧氣就能活的生物”(厭氧生物)存在的線索——在地球上,大氣層里自然產(chǎn)生的磷化氫特別少,大部分是有機沼澤物質(zhì)的副產(chǎn)品。 美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校天文學(xué)和天體物理學(xué)教授Adam Burgasser領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊,在一顆名為Wolf1130C的古老冷褐矮星大氣中探測到磷化氫。近日,相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》。 由于木星、土星等氣態(tài)巨行星的大氣層含有大量的氫,能夠自然形成磷化氫,因此科學(xué)家一直認(rèn)為其他恒星周圍的氣態(tài)巨行星大氣層也應(yīng)該有磷化氫,質(zhì)量比它們更大的“親戚”——褐矮星的大氣層里應(yīng)該也有這種物質(zhì)。然而直到Wolf1130C被發(fā)現(xiàn),這一點在此前的觀測中并未被證實。 Wolf1130C位于距離太陽約54光年的天鵝座,是Wolf1130ABC恒星系統(tǒng)的一部分。這個系統(tǒng)的“核心”是一對緊密繞轉(zhuǎn)的雙星——Wolf1130A和Wolf1130B。其中Wolf1130A是一顆小質(zhì)量的紅矮星,是宇宙中最常見的恒星類型;Wolf1130B則是一顆大質(zhì)量白矮星,是恒星死亡后留下的致密殘核,密度極高但體積很小。在這對雙星之外,這次研究的主角——Wolf1130C正沿著一條寬闊的軌道緩緩繞行。 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)Wolf1130C的金屬(天文學(xué)中對“氫和氦以外元素”的統(tǒng)稱)豐度遠(yuǎn)低于太陽。這種低金屬豐度特征,讓它成為研究褐矮星形成與演化的“天然實驗室”。通過它,科學(xué)家或許可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)原始星云中的重元素(如碳、氧、鐵)含量極少時,褐矮星的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會發(fā)生怎樣的變化。 經(jīng)過觀測,研究團(tuán)隊在美國國家航空航天局詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡紅外光譜數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了Wolf1130C上有磷化氫存在的特征,并使用大氣反演建模技術(shù),確定了磷化氫以約千萬分之一的理論預(yù)測豐度存在于大氣中。他們認(rèn)為,之所以會在這里找到磷化氫氣體,一種可能性是Wolf1130C大氣中的低金屬豐度“解放”了磷;另一種可能性是磷是在Wolf1130ABC系統(tǒng)中局部產(chǎn)生的,特別是由白矮星Wolf1130B產(chǎn)生的。 南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院副教授張曾華是該觀測項目的共同首席研究員和論文共同作者。在研究中,張曾華等人對Wolf1130A的金屬豐度進(jìn)行了測量,這直接關(guān)系到對Wolf1130C大氣化學(xué)環(huán)境的理解!凹t矮星的質(zhì)量和半徑都只有太陽的1/10~1/2,通常很難準(zhǔn)確測量它們的金屬豐度!睆堅A解釋說。目前他正在進(jìn)一步研究Wolf1130A的化學(xué)豐度,以及Wolf1130AB這個密近雙星的幾何構(gòu)型、星風(fēng)吸積和磁場分布等物理特性。這些研究將有助于更全面地理解這個獨特系統(tǒng)中存在磷化氫的原因。 “理解這顆褐矮星為什么顯示出清晰的磷化氫特征,可能會為銀河系中磷的合成及其在行星大氣中的化學(xué)性質(zhì)帶來新見解。如果天文學(xué)家希望使用這種分子在太陽系外的類地天體中尋找生命,理解褐矮星大氣中的磷化氫化學(xué)是至關(guān)重要的第一步!睆堅A說。 接下來,研究團(tuán)隊計劃通過詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步探索這些可能性,并在其他貧金屬褐矮星的大氣中尋找磷化氫,以驗證他們的假設(shè)并深化對這一現(xiàn)象的理解。 相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1126/science.adu0401 |

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