O fósforo é um dos seis elementos essenciais que tornam a vida na Terra possível. Quando se liga ao hidrogênio, forma o fosfina (PH3), um gás altamente tóxico e explosivo. Este composto é encontrado nas atmosferas dos gigantes gasosos Júpiter e Saturno e há muito tempo é visto como uma potencial biossíntese para a vida anaeróbica. Na Terra, a fosfina surge naturalmente da decomposição de material orgânico em pântanos, mas em outros planetas, é rara e intrigante.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor de Astronomia e Astrofísica da Universidade da Califórnia em San Diego, Adam Burgasser, detectou agora fosfina na atmosfera de um anão marrom frio e antigo conhecido como Wolf 1130C. Seus achados foram publicados recentemente na Science.
A equipe fez a descoberta usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), o primeiro instrumento poderoso o suficiente para analisar esses objetos fracos e de baixa temperatura em detalhes. A parte surpreendente, no entanto, não é que a fosfina foi encontrada — mas que ela parece estar ausente de outros anões marrons e exoplanetas gigantes gasosos onde os cientistas esperavam encontrá-la.
Investigando a Química das Estrelas Antigas
“Nosso programa de astronomia, chamado Arcana dos Antigos, foca em anões marrons antigos e pobres em metais como um meio de testar nossa compreensão da química atmosférica,” disse Burgasser. “Entender o problema com a fosfina foi um dos nossos primeiros objetivos.”
Em condições normais, a fosfina se forma naturalmente nas atmosferas ricas em hidrogênio de gigantes gasosos como Júpiter e Saturno. Por causa disso, os pesquisadores há muito assumiram que também deveria existir em ambientes semelhantes ao redor de outras estrelas, incluindo anões marrons, que às vezes são chamados de “estrelas fracassadas” porque são muito pequenos para fundir hidrogênio como estrelas verdadeiras.
No entanto, a fosfina tem sido elusiva em observações anteriores do JWST, sugerindo que algo pode estar faltando na nossa compreensão da química do fósforo. “Antes do JWST, esperava-se que a fosfina fosse abundante nas atmosferas de exoplanetas e anões marrons, seguindo previsões teóricas baseadas na mistura turbulenta que sabemos que existe nessas fontes,” explicou Sam Beiler, co-autor e pesquisador pós-doutoral no Trinity College Dublin, que recentemente obteve seu doutorado na Universidade de Toledo.
Beiler, que liderou estudos anteriores investigando essa ausência, acrescentou: “Cada observação que obtivemos com o JWST desafiou as previsões teóricas — até que observamos Wolf 1130C.”
O Sistema Incomum de Wolf 1130ABC
Wolf 1130C faz parte de um complexo sistema de três estrelas localizado a 54 anos-luz de distância na constelação de Cygnus. O anão marrom orbita uma binária próxima composta por uma estrela vermelha fria (Wolf 1130A) e um anão branco denso (Wolf 1130B). Os astrônomos estão interessados neste sistema porque Wolf 1130C contém muito menos “metais” (elementos mais pesados que hidrogênio e hélio) do que o Sol, proporcionando um laboratório valioso para estudar a química cósmica primitiva.
Diferentemente das observações anteriores de anões marrons, os dados do JWST revelaram um forte sinal infravermelho de fosfina na atmosfera de Wolf 1130C. Para entender quanta gás estava presente, a equipe contou com a Professora Assistente Eileen Gonzales, da Universidade Estadual de San Francisco, que se especializa em modelagem atmosférica.
“Para determinar as abundâncias das moléculas em Wolf 1130C, usei uma técnica de modelagem conhecida como recuperações atmosféricas,” disse Gonzales. “Essa técnica utiliza os dados do JWST para descobrir quanto de cada espécie molecular deveria estar na atmosfera. É como reconstituir um biscoito delicioso quando o chef não quer divulgar a receita.”
Seu análise confirmou que a fosfina estava presente na quantidade prevista — cerca de 100 partes por bilhão.
Por Que Este Anão Marrom e Não Outros?
A descoberta levanta uma nova questão: por que este anão marrom particular contém fosfina enquanto outros não? Uma possibilidade envolve a composição química incomum do objeto. “Pode ser que em condições normais o fósforo esteja ligado a outra molécula, como trióxido de fósforo,” explicou Beiler. “Na atmosfera pobre em metais de Wolf 1130C, não há oxigênio suficiente para absorver o fósforo, permitindo que a fosfina se forme a partir do hidrogênio abundante.”
A equipe planeja testar essa ideia através de futuras observações do JWST de outros anões marrons pobres em metais para ver se o mesmo padrão aparece.
Uma Dica de uma Estrela em Fim de Vida
Outra hipótese é que o fósforo pode ter sido produzido localmente dentro do sistema Wolf 1130ABC, especificamente pelo seu anão branco, Wolf 1130B. “Um anão branco é a casca remanescente de uma estrela que terminou de fundir seu hidrogênio,” disse Burgasser. “Eles são tão densos que, quando acumulam material em sua superfície, podem sofrer reações nucleares descontroladas, que detectamos como novas.”
Embora os astrônomos não tenham observado eventos de nova neste sistema na história recente, tais explosões frequentemente ocorrem a cada poucos mil anos. Como Wolf 1130ABC é conhecido há apenas cerca de um século, erupções anteriores podem ter passado despercebidas, deixando para trás vestígios de fósforo no espaço circundante. Pesquisas anteriores sugeriram que muitos dos átomos de fósforo da Via Láctea podem ter se originado dessas explosões estelares.
Desvendando as Origens do Fósforo no Cosmos
Compreender por que Wolf 1130C contém evidências claras de fosfina pode oferecer importantes insights sobre como o fósforo se forma na galáxia e como se comporta nas atmosferas planetárias. Como explicou Burgasser, “Compreender a química da fosfina nas atmosferas de anões marrons onde não esperamos vida é crucial se esperamos usar essa molécula na busca por vida em mundos terrestres além do nosso sistema solar.”
Este trabalho foi apoiado pela NASA/STScI (NAS 5-03127 e AR-2232) e pela Fundação Heising-Simons.
