国际研究团队发现宇宙“恒星托儿所”中分

　　这幅马赛克结合了欧空局赫歇尔天文台对金牛座分子云的几次观测。位于距离我们约450光年的金牛座，这座巨大的星际云群是无数恒星诞生的地方，也是最接近恒星形成的大区域。Credit: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech; acknowledgement: R. Hurt (JPL-Caltech),CC BY-SA 3.0 IGO

　　据美国物理学家组织网（by Daniel Strain, University of Colorado at Boulder）：一个国际研究团队发现了宇宙“恒星托儿所”中分子化学演化的关键一步。在太空中的这些巨大的冷气体和尘埃云中，数以万亿计的分子在数百万年的时间里回旋在一起。这些星际云的崩塌最终产生了年轻的恒星和行星。

　　像人体一样，恒星托儿所含有大量的有机分子，这些分子主要由碳原子和氢原子组成。该小组的研究结果于2月6日发表在《自然天文学》杂志上，揭示了某些大型有机分子是如何在这些云中形成的。这是碳原子在垂死恒星的心脏中形成，然后成为行星的一部分，地球上甚至更远的生物的漫长化学旅程中的一小步。

　　“在这些冷分子云中，你正在创造出第一个最终将形成恒星和行星的构造块，”大气与空间物理实验室（LASP）助理研究员、科罗拉多大学博尔德分校化学系助理教授乔迪·鲍曼（Jordy Bouwman）说。

　　在这项新的研究中，鲍曼和他的同事深入研究了一个恒星托儿所：金牛座分子云（TMC-1）。该区域位于金牛座，距离地球约440光年（超过2万亿英里）。这种化学复杂的环境是天文学家称之为“增生的无星核”的一个例子。它的云已经开始坍塌，但科学家还没有探测到在它内部出现的胚胎恒星。

　　该团队的发现取决于一种看似简单的分子，叫做邻位苯炔。通过在地球上的实验和计算机模拟，研究人员发现这种分子可以很容易地与太空中的其他分子结合，形成一系列更大的有机分子。

　　换言之，小积木变成了大积木。

　　鲍曼说，这些反应可能是一个信号，表明恒星托儿所比科学家们认为的有趣得多。

　　他说：“我们才刚刚开始真正了解我们是如何从这些小的构建块到更大的分子的。”。“我想我们会发现，即使在恒星形成的早期阶段，这种化学反应也比我们想象的复杂得多。”

　　命运的观察

　　鲍曼是一位宇宙化学家，他正在研究一个将化学和天文学相结合的领域，以了解在太空深处发生的剧烈化学反应。

　　他说，从表面上看，冷分子云似乎不像是化学活动的温床。正如它们的名字所暗示的那样，这些星系原始汤往往是寒冷的，通常在-263摄氏度（约-440华氏度）左右徘徊，仅比绝对零度高10度。大多数反应需要至少一点点热量才能启动。

　　但不管寒冷与否，复杂的化学反应似乎正在恒星托儿所发生。特别是TMC-1，含有令人惊讶的浓度相对较大的有机分子，如富维纳伦和1-和2-乙炔基环戊二烯。化学家称它们为“五元环化合物”，因为它们各自含有一个五边形的碳原子环。

　　鲍曼说：“研究人员一直在TMC-1中检测这些分子，但它们的来源尚不清楚。”。

　　现在，他和他的同事认为他们找到了答案。

　　2021，研究人员使用西班牙的Yebes 40米射电望远镜在TMC-1的气体云中发现了一个意想不到的分子：邻苯炔。鲍曼解释说，这个由六个碳原子和四个氢组成的小分子是化学界外向型分子之一。它很容易与许多其他分子相互作用，不需要大量的热量。

　　“反应没有障碍，”鲍曼说。“这意味着它有可能在寒冷的环境中驱动复杂的化学反应。”

　　识别罪犯

　　为了弄清楚TMC-1中发生了什么样的复杂化学反应，鲍曼和来自美国、德国、荷兰和瑞士的同事们采用了一种叫做“光电子-光离子重合光谱”的技术。该团队利用一个叫做同步加速器光源的巨型设施产生的光来识别化学反应的产物。他们发现，分子云的另一种常见成分邻苯炔和甲基自由基很容易结合形成更大、更复杂的有机化合物。

　　鲍曼说：“我们知道我们找到了好东西。”。

　　然后，研究小组利用计算机模型来探索邻苯炔在太空深处数光年的恒星苗圃中的作用。结果很有希望：这些模型产生的气体云含有与天文学家在TMC-1中用望远镜观察到的大致相同的有机分子混合物。

　　鲍曼说，换言之，正苯炔似乎是驱动这些恒星托儿所内发生的气相有机化学的主要候选者。

　　他补充说，为了充分了解TMC-1中发生的所有反应，科学家们还有很多工作要做。例如，他想研究太空中的有机分子是如何吸收氮原子的，氮原子是地球上生物DNA和氨基酸的关键成分。

　　鲍曼说：“我们的发现可能会改变我们对形成新恒星和新行星的最初成分的看法。”。

　　这篇新论文的共同作者包括荷兰莱顿大学、美国本笃会学院、德国维尔茨堡大学和瑞士保罗·谢尔研究所的研究人员。