El Telescopio Espacial James Webb (JWST) descubrió fosfina en la atmósfera de una enana marrón, la misma sustancia química que avivó la controversia tras las afirmaciones de que había sido detectada en Venus y podría provenir de la vida.
Esta nueva detección en una enana marrón es predicha por modelos que simulan atmósferas extraterrestres y es un recordatorio de que la fosfina no es necesariamente una firma biológica. Sin embargo, los astrónomos siguen desconcertados sobre por qué algunos objetos contienen fosfina y otros no, a pesar de que la teoría dice que debería estar allí.
La fosfina fue identificada en la atmósfera fría de una enana marrón llamada Wolf 1130C, que existe en un sistema triple junto con una estrella enana roja de baja masa y una enana blanca. La fosfina existe en una abundancia de 0,1 partes por millón, lo que coincide con lo que predicen los modelos de la atmósfera de los planetas gigantes gaseosos y las enanas marrones. De hecho, tanto Júpiter como Saturno contienen una abundancia de fosfina similar a la de Wolf 1130C.
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El problema ha sido que muchas enanas marrones que se esperaba que mostraran cantidades detectables de fosfina no lo hacen, y los científicos no saben por qué.
La fosfina es una molécula a base de fósforo, compuesta por un átomo de fósforo y tres átomos de hidrógeno. También es bastante inestable en condiciones atmosféricas y las reacciones químicas pueden romper fácilmente las moléculas de fosfina. Vemos fosfina en las nubes de Júpiter y Saturno porque se forma en las profundidades del interior caliente de los planetas gigantes, y luego las corrientes de convección transportan la fosfina a altitudes más altas más rápidamente que la velocidad a la que se destruye.
Ésta es una de las razones por las que la supuesta detección de fosfina en Venus es tan controvertida.
Fue en 2020 que un equipo dirigido por Jane Greaves de la Universidad de Cardiff en Gales detectó fosfina en la atmósfera de Venus utilizando el Telescopio James Clerk Maxwell en Hawaii y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile. En la Tierra, la fosfina se produce naturalmente como producto de procesos biológicos, y el equipo de Greaves impulsó fuertemente el ángulo biológico para explicar su descubrimiento, lo que llevó a la especulación de que podría haber microbios viviendo en las nubes tóxicas de Venus.
Sin embargo, una gran parte de la comunidad astronómica no estuvo de acuerdo con los hallazgos del equipo, argumentando que hubo fallas en el análisis y que otros grupos han luchado por replicar los hallazgos. A pesar de esto, el equipo de Greaves ha redoblado sus conclusiones, y la presencia de fosfina en Venus sigue siendo objeto de intensos debates y controversias.
Parte del desacuerdo de los científicos con el descubrimiento es que les resulta difícil ver cómo la fosfina podría sobrevivir en la atmósfera de Venus.
Sin embargo, los astrobiólogos todavía consideran que la fosfina es una posible firma biológica en su búsqueda de vida extraterrestre.
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Sin embargo, su existencia en las nubes de Júpiter y Saturno, y ahora en Wolf 1130C, es un recordatorio de que procesos químicos no biológicos también pueden producir fosfina. La pregunta es por qué Júpiter, Saturno y Wolf 1130C tienen niveles detectables de fosfina mientras que otras enanas marrones que han sido estudiadas por JWST no los tienen, o al menos están tan agotados que la molécula no es detectable.
Hay varias explicaciones posibles. Uno es exclusivo del sistema Wolf 1130. Antes de convertirse en una enana blanca, Wolf 1130B era una estrella grande con una masa entre seis y ocho veces la de nuestro sol. Estas estrellas no son lo suficientemente masivas como para convertirse en supernovas, por lo que terminan sus vidas de la misma manera que lo hará nuestro Sol: expandiéndose hasta convertirse en una gigante roja y luego hinchando sus capas externas para formar una nebulosa planetaria, mientras dejan atrás su núcleo inerte como una enana blanca del tamaño de la Tierra que, en el caso de Wolf 1130B, tiene 1,24 masas solares.
Las estrellas en el rango de masa solar de seis a ocho pueden producir cantidades significativas de fósforo en las últimas etapas de su vida, que luego pueden arrojar al espacio cuando la gigante roja se deshace de sus capas externas. Si este material rico en fósforo fuera arrojado por todo Wolf 1130C, entonces explicaría de dónde provino el fósforo para formar fosfina.
Es una buena teoría, pero desafortunadamente no se cumple. La enana blanca en el sistema Wolf 1130 forma un binario cercano con la estrella de baja masa, Wolf 1130A, mientras que la enana marrón orbita a ambos desde la distancia. A y B están tan cerca que están bloqueados entre sí, lo que significa que se muestran la misma cara constantemente. Su relación es incluso más complicada que eso: la atracción gravitacional de la enana blanca en realidad está estirando a Wolf 1130A hasta darle forma de huevo hacia ella.
Cuando la estrella que formó la enana blanca murió, las capas exteriores de la gigante roja habrían engullido a Wolf 1130A. Si la muerte de la estrella que se convirtió en enana blanca hubiera depositado fósforo en la enana marrón, entonces también esperaríamos ver una sobreabundancia de fósforo en Wolf 1130A, pero no es así.
Otra posibilidad es que la presencia de fosfina esté relacionada de alguna manera con la composición química intrínseca de la enana marrón. Algunos modelos predicen que las atmósferas que contienen muy pocos elementos más pesados que el helio tienen preponderancia de más fosfina. De hecho, 1130C parece tener una abundancia muy baja de estos elementos más pesados, a los que los astrónomos se refieren colectivamente como “metales”. De manera similar, Júpiter y Saturno también tienen bajas “metalicidades”.
La razón exacta por la que la falta de elementos pesados promueve la fosfina es multifacética: no solo ayuda a crear las condiciones en las que la fosfina puede formarse y sobrevivir más tiempo de lo normal, sino que la relativa falta de otras moléculas presentes en la atmósfera significa que hay menos interferencias con la señal de fosfina en el espectro de la enana marrón, lo que hace que se destaque más.
El problema es que otras enanas marrones observadas por JWST también tienen baja metalicidad, pero no muestran las cantidades esperadas de fosfina.
Estas ambigüedades llevan a los autores de la nueva investigación, dirigida por Adam Burgasser de la Universidad de California en San Diego, a cuestionar cuán útil es una fosfina con firma biológica cuando ni siquiera podemos decir con certeza cómo se forma en planetas distantes y enanas marrones.
“La incapacidad de los modelos para explicar consistentemente todas estas fuentes indica una comprensión incompleta de la química del fósforo en atmósferas de baja temperatura”, dijeron los autores. “Por lo tanto, advertimos contra el uso de fosfina como firma biológica hasta que se resuelvan estas discrepancias”.
Al menos, el nuevo estudio nos recuerda que, incluso si la detección de fosfina en Venus resulta ser real, su origen bien podría ser abiótico y no biológico. Todavía no es momento de entusiasmarse con la vida en ninguno de estos mundos.
Los hallazgos fueron publicados el 2 de octubre en la revista Science.