Il fosforo è uno dei sei elementi fondamentali che rendono possibile la vita sulla Terra. Quando si lega all’idrogeno, forma la fosfina (PH₃), un gas tossico ed esplosivo presente nelle atmosfere di Giove e Saturno. Da tempo, gli scienziati la considerano un possibile bioindicatore di vita anaerobica, cioè quella che non necessita di ossigeno.
Sulla Terra la fosfina si forma naturalmente nei pantani, dalla decomposizione del materiale organico, ma trovarla su altri mondi è tutt’altra storia.
Eppure, un team di ricerca guidato da Adam Burgasser, professore di Astronomia e Astrofisica all’Università della California di San Diego, ha rilevato fosfina nell’atmosfera di una nana bruna fredda e antichissima, chiamata Wolf 1130C.
La scoperta, pubblicata su Science, è stata possibile grazie al James Webb Space Telescope (JWST), il telescopio spaziale più potente mai costruito.
Fosfina: un gas atteso… ma nel posto sbagliato
Che la fosfina esistesse in certi ambienti non era una sorpresa. Il punto è che non dovrebbe trovarsi solo qui.
“Il nostro programma Arcana of the Ancients studia le nane brune antiche e povere di metalli per capire come funziona la loro chimica atmosferica“, spiega Burgasser. “Capire il mistero della fosfina era uno dei nostri primi obiettivi“.
Di norma, la fosfina si forma facilmente nelle atmosfere ricche di idrogeno, come quelle di Giove e Saturno. Per questo motivo, i modelli teorici prevedevano la sua presenza anche in altre nane brune o in giganti gassosi extrasolari; eppure, le prime osservazioni del JWST non mostravano nulla. Qualcosa non tornava.
“Prima del JWST ci aspettavamo di trovare abbondante fosfina in queste atmosfere, ma i dati continuavano a smentirci“, racconta Sam Beiler, coautore e ricercatore al Trinity College di Dublino. “Tutto, fino a Wolf 1130C“.
Un sistema stellare davvero particolare
Wolf 1130C non è sola. Fa parte di un sistema triplo, situato a circa 54 anni luce di distanza, nella costellazione del Cigno; orbita attorno a una coppia formata da una stella rossa fredda (Wolf 1130A) e una nana bianca densa (Wolf 1130B).
La sua caratteristica più curiosa? È povera di metalli, ovvero contiene pochissimi elementi più pesanti di idrogeno ed elio: un dettaglio che la rende un laboratorio perfetto per studiare la chimica primordiale dell’universo.
Grazie al JWST, gli astronomi hanno individuato una chiara firma infrarossa della fosfina.
Per stimarne la quantità, il team si è affidato a Eileen Gonzales, professoressa alla San Francisco State University, esperta di modellazione atmosferica.
“Usiamo una tecnica chiamata atmospheric retrievals“,spiega Gonzales. “In pratica, partiamo dai dati del telescopio e risaliamo a quanto di ogni gas c’è nell’atmosfera. È un po’ come rifare una ricetta solo assaggiando il dolce“. Risultato? Circa 100 parti per miliardo di fosfina, perfettamente in linea con le previsioni.
Perché qui sì e altrove no?
La domanda inevitabile è: perché solo Wolf 1130C mostra fosfina? Una possibile risposta sta proprio nella sua composizione chimica.
“In condizioni normali, il fosforo tende a legarsi con l’ossigeno formando altri composti, come il triossido di fosforo“, spiega Beiler. “Ma nell’atmosfera povera di metalli di Wolf 1130C c’è poco ossigeno. Così, il fosforo resta libero e si combina con l’idrogeno, formando fosfina“.
Il team verificherà questa ipotesi con nuove osservazioni JWST di altre nane brune povere di metalli. Se il fenomeno si ripeterà, potrebbe trattarsi di una caratteristica chimica universale.
Un’eredità da una stella morente
Un’altra teoria è ancora più affascinante: il fosforo potrebbe essere stato creato localmente.
Il colpevole? Wolf 1130B, la nana bianca del sistema.
“Le nane bianche sono i resti di stelle che hanno esaurito il combustibile“, spiega Burgasser. “Quando accumulano troppo materiale in superficie, possono innescare esplosioni termonucleari che vediamo come novae.“
Nessuna nova recente è stata osservata nel sistema, ma queste esplosioni si ripetono ogni poche migliaia d’anni. È quindi possibile che un’antica eruzione abbia arricchito l’ambiente circostante di fosforo.
Molti scienziati ritengono che una parte significativa del fosforo presente nella Via Lattea derivi proprio da eventi di questo tipo.
Un passo in avanti nella chimica cosmica
Capire perché Wolf 1130C contenga fosfina quando altri mondi simili non lo fanno potrebbe svelare un tassello chiave sulla formazione del fosforo nella galassia e su come questo elemento si comporta nelle atmosfere planetarie.
Come conclude Burgasser: “Studiare la chimica della fosfina in ambienti dove non ci aspettiamo la vita è fondamentale, se vogliamo usare questa molecola come segnale nella ricerca di vita su altri pianeti.“
La ricerca è stata finanziata da NASA/STScI e dalla Heising-Simons Foundation.
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