科学家在太空中发现：复杂的碳基分子

据信太空中的许多碳都以称为多环芳烃（PAHs）的大分子形式存在。自1980年代以来，间接证据表明这些分子在空间上很丰富，但尚未直接观察到。

现在，由麻省理工学院助理教授布雷特·麦奎尔（Brett McGuire）领导的一组研究人员在一个称为金牛座分子云（TMC-1）的空间中发现了两个独特的多环芳烃。人们认为，多环芳烃仅在高温下才能有效形成-在地球上，它们以燃烧化石燃料的副产品形式出现，并且还存在于烧烤食品的焦炭中。但是研究小组观察到的星际云尚未开始形成恒星，而且温度比绝对零值高出约10度。

研究人员说，这一发现表明这些分子可以在比预期的温度低得多的温度下形成，这可能导致科学家重新考虑他们对PAH化学在恒星和行星形成中的作用的假设。

“使得检测如此重要的原因是，不仅我们已经确认了已经进行了30年的假设，而且现在我们可以查看这一来源中的所有其他分子，并询问它们如何反应形成PAHs。我们看到的是，我们看到的PAH可能如何与其他事物发生反应而形成更大的分子，以及对于我们理解非常大的碳分子在形成行星和恒星中的作用可能产生什么影响，” McGuire说，他是这项新研究的资深作者。

哈佛-史密森天体物理学中心副主任迈克尔?麦卡锡（Michael McCarthy）是该研究的另一位资深作者，该研究今天发表在《科学》杂志上。该研究小组还包括来自其他几个机构的科学家，包括弗吉尼亚大学，美国国家射电天文台和美国宇航局戈达德太空飞行中心。

独特的信号

从1980年代开始，天文学家就使用望远镜检测表明存在芳香族分子的红外信号，芳香族分子通常包括一个或多个碳环。据信，在多环芳烃中发现了大约10％至25％的碳，其中多环芳烃至少含有两个碳环，但红外信号的分辨力不足以识别特定分子。

“这意味着我们无法深入研究它们的形成方式，它们如何与其他分子或其他分子发生反应，如何被破坏以及碳在整个恒星和行星形成过程中的整个碳循环的详细化学机理。甚至生命。”麦奎尔说。

尽管自1960年代以来，射电天文学一直是太空分子发现的主力军，但强大到足以探测这些大分子的射电望远镜才出现了十多年。这些望远镜可以拾取分子的旋转光谱，这是分子在空间中翻滚时发出的独特的光模式。然后，研究人员可以尝试将在太空中观察到的模式与他们从地球实验室中的相同分子所看到的模式进行匹配。

“一旦具有该模式匹配，您就会知道不存在其他分子可以散发出确切的光谱。而且，线条的强度和不同图案部分的相对强度可以告诉您多少信息。分子的多少，以及该分子有多温暖或多冷，”麦奎尔说。

McGuire和他的同事已经研究TMC-1了几年，因为以前的观察表明它富含复杂的碳分子。几年前，研究小组的一位成员观察到暗示，云中含有苄腈，这是一个与腈基（碳氮基）相连的六碳环。

然后，研究人员使用了世界上最大的可操纵射电望远镜格林银行望远镜来确认存在苄腈。在他们的数据中，他们还发现了另外两个分子的特征-本研究中报道的PAHs。这些被称为1-氰基萘和2-氰基萘的分子由两个凑合在一起的苯环组成，并且一个环上连接有一个腈基。

Kelvin Lee说：“检测这些分子是航天化学领域的重大飞跃。我们已经开始将已知存在于太空中的小分子（如苄腈）之间的点连接到在物理学中非常重要的整体式PAH中。” ，是麻省理工学院的一名博士后，是该研究的作者之一。

在冷的，没有恒星的TMC-1中发现这些分子表明，PAH不仅是垂死恒星的副产物，而且可能由较小的分子组装而成。

麦克奎尔说：“在我们发现它们的地方，没有星星，因此它们是在原地建立的，或者它们是一颗死星的残余物。” “我们认为这可能是两者的结合-证据表明这既不是一条途径也不是另一条途径。这是新的且有趣的，因为以前确实没有任何观察到的证据证明这种自下而上的途径。”

碳化学

碳在行星的形成中起着至关重要的作用，因此，即使在无形的寒冷区域也可能存在多环芳烃的建议，可能会促使科学家们重新思考其理论，以了解行星形成过程中可利用的化学物质。当PAH与其他分子反应时，它们可能开始形成星际尘埃颗粒，这是小行星和行星的种子。

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0320/686.html