磷与碳、氢、氧、氮、硫并称为地球生命必需的六种关键元素。当磷和氢结合时，会变成磷化氢气体，不仅特别危险、容易爆炸，而且还包含剧毒。在宇宙中，木星、土星等气态大行星的大气层里也存在磷化氢。科学家一直认为，磷化氢可能是“不需要氧气就能活的生物”（厌氧生物）存在的线索——毕竟在地球上，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。

近日，由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亚当·伯加瑟（Adam Burgasser）领导的国际研究团队在一颗名为Wolf1130C的古老的冷褐矮星大气中探测到磷化氢。该成果于10月3日发表在《科学》杂志上。

詹姆斯·韦布太空望远镜对Wolf 1130 C（浅蓝线）和典型褐矮星（灰线）的红外光谱观测对比。图片来源：Adam Burgasser

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以及论文的共同作者，他在接受《中国科学报》采访时表示：“这项研究的重要之处不在于为什么会在冷褐矮星大气中探测到磷化氢，而是此前在其它褐矮星和气态巨行星系外行星大气中为什么没有观测到这种气体？”

由于木星、土星这些气态巨行星的大气层里主要是氢，磷化氢能够自然形成，因此科学家一直认为其他恒星周围的气态巨行星大气层里，应该也有磷化氢；就连质量比它们更大的“亲戚”——褐矮星的大气层里应该也有。然而，这一点在此前的观测中并未被证实，直到Wolf1130C被发现。

Wolf1130C在位于距离太阳约54光年的天鹅座区，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Wolf 1130B。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，本质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。

Wolf 1130ABC 三星系统的示意图，由红矮星Wolf 1130A、其近距离致密白矮星伴星Wolf 1130B，以及遥远的褐矮星Wolf 1130 C 组成。该系统的三个成员星按其相对大小按比例显示，间距不等比例。图片来源：Adam Burgasser

天文学家之发现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。这种低金属丰度的特征，让它成为研究褐矮星形成与演化的“天然实验室”。科学家通过它或可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，研究团队在Wolf1130C的詹姆斯·韦布太空望远镜红外光谱数据中轻松发现了磷化氢，并通过使用大气反演的建模技术，确定了磷化氢以约千万分之一的理论预测丰度存在于Wolf1130C的大气中。他们认为，之所以会在这里找到磷化氢气体，有一种可能是因为Wolf1130C大气中的低金属丰度“解放”了磷；另一种可能性是磷在Wolf1130ABC系统中局部产生的，特别是由其白矮星Wolf1130B产生的。

在此次研究中，张曾华与团队对Wolf1130A的金属丰度进行测量，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0.1~0.5倍，通常很难准确测量它们的金属丰度。”张曾华解释说。目前他正进一步深入研究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磷化氢在这个独特系统中存在的原因。

Wolf1130ABC 三星系统的示意图，由红矮星Wolf1130A、其近距离致密白矮星伴星Wolf1130B，以及遥远的褐矮星Wolf1130C 组成。该系统的三个成员星按其相对大小缩放显示，并与左侧的太阳图像进行比较。图片来源：Adam Burgasser

“理解为什么这颗褐矮星显示出清晰的磷化氢特征，可能会带来对银河系中磷的合成及其在行星大气中的化学性质的新见解。如果天文学家希望使用这种分子在太阳系外的类地世界上寻找生命，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·韦布太空望远镜进行新的观测来进一步探索这些可能性，在其它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。

相关论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adu0401