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太阳系外天体首次发现磷化氢
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太阳系外天体首次发现磷化氢 2025-10-16 来源： 中国科学报 袁一雪【字体：大 中 小】语音播报 磷与碳、氢、氧、氮、硫是地球生命必需的6种关键元素。磷和氢结合会生成磷化氢气体，不仅危险、容易爆炸，还含有剧毒。在宇宙中，木星、土星等气态巨行星的大气层里也存在磷化氢。科学家一直认为，这可能是“不需要氧气就能活的生物”（厌氧生物）存在的线索——在地球上，大气层里自然产生的磷化氢特别少，大部分是有机沼泽物质的副产品。 美国加利福尼亚大学圣迭戈分校天文学和天体物理学教授Adam Burgasser领导的国际研究团队，在一颗名为Wolf1130C的古老冷褐矮星大气中探测到磷化氢。近日，相关成果发表于《科学》。 由于木星、土星等气态巨行星的大气层含有大量的氢，能够自然形成磷化氢，因此科学家一直认为其他恒星周围的气态巨行星大气层也应该有磷化氢，质量比它们更大的“亲戚”——褐矮星的大气层里应该也有这种物质。然而直到Wolf1130C被发现，这一点在此前的观测中并未被证实。 Wolf1130C位于距离太阳约54光年的天鹅座，是Wolf1130ABC恒星系统的一部分。这个系统的“核心”是一对紧密绕转的双星——Wolf1130A和Wolf1130B。其中Wolf1130A是一颗小质量的红矮星，是宇宙中最常见的恒星类型；Wolf1130B则是一颗大质量白矮星，是恒星死亡后留下的致密残核，密度极高但体积很小。在这对双星之外，这次研究的主角——Wolf1130C正沿着一条宽阔的轨道缓缓绕行。 天文学家发现Wolf1130C的金属（天文学中对“氢和氦以外元素”的统称）丰度远低于太阳。这种低金属丰度特征，让它成为研究褐矮星形成与演化的“天然实验室”。通过它，科学家或许可以发现当原始星云中的重元素（如碳、氧、铁）含量极少时，褐矮星的结构和性质会发生怎样的变化。 经过观测，研究团队在美国国家航空航天局詹姆斯·韦布空间望远镜红外光谱数据中发现了Wolf1130C上有磷化氢存在的特征，并使用大气反演建模技术，确定了磷化氢以约千万分之一的理论预测丰度存在于大气中。他们认为，之所以会在这里找到磷化氢气体，一种可能性是Wolf1130C大气中的低金属丰度“解放”了磷；另一种可能性是磷是在Wolf1130ABC系统中局部产生的，特别是由白矮星Wolf1130B产生的。 南京大学天文与空间科学学院副教授张曾华是该观测项目的共同首席研究员和论文共同作者。在研究中，张曾华等人对Wolf1130A的金属丰度进行了测量，这直接关系到对Wolf1130C大气化学环境的理解。“红矮星的质量和半径都只有太阳的1/10~1/2，通常很难准确测量它们的金属丰度。”张曾华解释说。目前他正在进一步研究Wolf1130A的化学丰度，以及Wolf1130AB这个密近双星的几何构型、星风吸积和磁场分布等物理特性。这些研究将有助于更全面地理解这个独特系统中存在磷化氢的原因。 “理解这颗褐矮星为什么显示出清晰的磷化氢特征，可能会为银河系中磷的合成及其在行星大气中的化学性质带来新见解。如果天文学家希望使用这种分子在太阳系外的类地天体中寻找生命，理解褐矮星大气中的磷化氢化学是至关重要的第一步。”张曾华说。 接下来，研究团队计划通过詹姆斯·韦布空间望远镜进一步探索这些可能性，并在其他贫金属褐矮星的大气中寻找磷化氢，以验证他们的假设并深化对这一现象的理解。 相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adu0401 |
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