宇宙中“生命拼图”再添一块：科学家探测到全新有机分子

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翻译：张瀚之

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：朱宸宇

原文链接：https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-discover-new-building-blocks-complex-organic-matter

图片来源: NSF/NSF NRAO/AUI/S. Dagnello

碳元素是地球上和宇宙中生命的基石。尽管宇宙中应该存在大量的碳，但实际上碳的分布却常常低于天文学家的预期。最近，哈佛史密森天体物理中心（CfA）的天文学家们发现了一种新的复杂分子——1-氰基芘，这一发现让我们对碳元素的起源及其在宇宙中的演化有了新的认识...

我们知道，某些富含碳的恒星会像“烟尘工厂”一样向星际空间释放大量微小碳分子。天文学家们原本认为这类富碳分子无法在寒冷的星际环境中“生存”，也无法在这种低温环境下重新生成。但1-氰基芘向我们证明：富碳分子是可以在更宽泛的宇宙环境中存在和演化的！

提出发现的这篇论文的作者表示：“碳是地球和太空复杂化学中最重要的、也是最单一的元素，我们对1-氰基芘的检测为我们提供了有关碳化学起源和命运的重要新信息。”

1-氰基芘由多个苯环连接组成，属于多环芳烃（PAHs）家族。PAHs通常在高温、富能量的环境中生成，比如老年恒星周围。地球上，多环芳烃可见于燃烧的化石燃料和美味的烤肉的焦痕中...

天文学家们研究PAHs，不仅是为了了解它们的生成过程，还为了研究它们如何与星际介质相互作用。许多天体红外光谱中存在不明波段的罪魁祸首就是PAHs。又因为红外波段是PAHs吸收恒星紫外光子后的荧光辐射，所以我们推测它们可能是构成星际碳的重要部分。

不过好玩的是，1-氰基芘分子是在金牛座分子云1（TMC-1）中找到的。位于金牛座的TMC-1尚未开始形成恒星，是一片超级寒冷的星际云，温度仅比绝对零度高10度左右。

“TMC-1是研究这些继续形成恒星和行星构成块的分子的天然实验室，”这篇《科学》论文的第一作者、麻省理工学院博士后加比·温泽尔表示。

麻省理工学院化学助理教授、美国国家科学基金会（NSF）国家射电天文台（NRAO）兼职天文学家布雷特·麦奎尔表示：“这些是迄今为止我们在TMC-1中发现的最大分子。这一发现打碎了我们对星际空间中可能存在的分子复杂性的认知。”

天文学家使用的是美国国家科学基金会的绿岸望远镜（世界上最大且全方位可调控的射电望远镜）发现的1-氰基芘。就像每个人的指纹一样，每个分子都有独特的旋转光谱，可以被我们识别出来。然而，PAHs的大尺寸和他们缺乏永久偶极矩的特性探测PAHs的难度剧增 - 基本不可能。所以这次对氰基芘的观测可以为未来探测到更大、更复杂分子的存在提供间接证据。

Credit: NSF

位于美国西弗吉尼亚州阿利根尼山脉上的绿岸天文台

“识别1-氰基芘的独特旋转光谱需要跨学科科学团队的工作，”美国国家科学基金会绿岸天文台项目主任兼CfA研究助理哈尔沙尔·古普塔表示“这一发现很好地说明了合成化学家、光谱学家、天文学家和建模师需要在未来的科研工作中紧密合作。”

CfA的迈克尔·麦卡锡博士的分子光谱实验室进行了这次研究的测量与分析，结合了天文学与化学的知识。

麦卡锡博士说：“我们开发的微波光谱仪是独一无二的世界级仪器，专门用于测量像1-氰基芘这样的复杂分子的精确射电指纹。即使是最先进的量子化学理论的预测仍然比用射电望远镜在太空中识别这些分子所需的准确度低数千倍，因此像我们这样的实验室的实验对于这些突破性的天文发现是不可或缺的。”

责任编辑：郭皓存

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毅力号：“我在火星沙地的车辙印，2024年10月30日由我的左导航相机拍摄。”

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