在太空中首次发现未曾见过的复杂分子
科学家认为，太空中大约10%~25%的碳是以名为多环芳烃（PAH）的大分子形式存在的。多环芳烃是一类至少包含两个碳环的分子，自20世纪80年代以来，天文学家通过红外波段的观测，已经获得了一些能间接表明这些分子在太空中含量丰富的证据，但他们并没有在太空中直接探测到过这些分子。
自上世纪60年代以来，射电天文学成了探索太空分子的主力。然而，功能强大到足以探测如多环芳烃这样的大分子的射电望远镜，是直到近十年才出现的。这些望远镜可以捕捉到分子的转动光谱（分子在太空中移动所发出的光的图样），有了转动光谱，科学家就可以将它们与在地球实验室中观察到的相同分子的光谱进行对比。一旦发现与之匹配的光谱，就可以确定该转动光谱是由哪种分子发出的，并通过其线条的强度和不同部分的相对强度来获悉这种分子在太空中的含量以及温度。
位于美国西弗吉尼亚州的100米宽的绿岸射电望远镜。| 图片来源：Brett A. McGuire
现在，天文学家通过分析由绿岸射电望远镜对一块被称为金牛分子云（TMC-1）的空间进行观测时获得的数据，确定了多环芳烃分子在星际云中的存在。这是人类首次在星际介质中发现能解释生命起源的多环芳烃分子。
一直以来，多环芳烃都被认为只有在高温下才能有效形成。在地球上，它们是燃烧化石燃料时产生的污染物，也是烧烤类的蔬菜或肉类在烧焦时形成的一类致癌物质。在太空中，科学家认为它们主要形成于垂死的恒星的大气中。
图中的黑色部分为金牛分子云（TMC-1）。| 图片来源：Brett A. McGuire
然而，距离地球约450光年之远的TMC-1实则是一团寒冷、黑暗的星际云，其温度大约只比绝对零度高10K，在那里，恒星甚至还没有开始形成。这意味着，多环芳烃分子或许可以在比预期的更低的温度下形成。如此一来，多环芳烃或许不仅仅是即将死亡的恒星才能产生的产物，而且还有可能由更小的分子在局域组装而成。
这项新研究的科学家已经对TMC-1进行了好几年的研究。就在2018年，研究小组的一名成员观测到了暗示着TMC-1星际云中含有苯甲腈（一个附着在腈基团上的六碳环）的迹象。在新研究中，研究人员通过分析观测数据，确认了苯甲腈的存在。
不仅如此，通过分析绿岸射电望远镜的观测数据，他们不仅确认了苯甲腈，还发现了两种多环芳烃分子的特征，这两种分别被称为1-萘甲腈和2-萘甲腈的分子由两个融合在一起的苯环组成，其中一个苯环上连着一个腈基团。这一结果被刊登在了于3月19日发表的《科学》杂志上。
其实，在过去约7个月的时间里，研究人员共发表了9篇论文来阐述这项新研究。这些论文还详细披露了他们在TMC-1中发现的1-氰基-环戊二烯、HC11N、2-氰基-环戊二烯、HC4NC等一系列分子。这些结果让天文学家们欣喜不已，他们似乎无意中打开了一个隐藏在太空中的巨大的分子仓库。
绿岸射电望远镜对TMC-1的观测检测到了一系列分子。| 图片来源：M. Weiss / Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
探测到这些分子是天体化学的一大飞跃。在此之前，科学家想要了解形成了这些分子的详细化学机制，知晓它们会如何与其他分子反应，推测它们在恒星和行星的形成过程中所扮演的角色，并探索它们最终如何参与到形成了生命的碳循环之中等问题，都是十分困难的。新的结果为解答这些问题带来了希望。
接下来，研究人员计划将进一步研究这些多环芳烃是如何形成的，以及它们在太空中会发生什么样的反应。他们计划将继续通过强大的绿岸射电望远镜用对TMC-1进行探测，一旦获得更多的观测结果，就会将这些信号与实验室数据相匹配。
研究人员相信，现已发现的这些分子只是藏在星际介质中的冰山一角。他们希望通过这样的研究，能够掌握更多存在于星际中的分子。随着对这些分子的了解越多，他们或许就可以更好地拼凑出发生在太空中的化学反应网络。
#创作团队：
编译：不二北斗
#参考来源：
https://chemistry.mit.edu/chemistry-news/found-in-space-complex-carbon-based-molecules/
https://www.sciencenews.org/article/carbon-ring-molecules-life-found-space-first-time
https://pweb.cfa.harvard.edu/news/scientists-uncover-warehouse-full-complex-molecules-never-seen-space
#图片来源：
封面图：Brett A. McGuire