天文學(xué)家在星際空間中發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的碳分子

由美國麻省理工學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在遙遠(yuǎn)的星際氣體和塵埃云中發(fā)現(xiàn)了含有碳的大分子。

對于我們這些保留已知的星際分子希望我們可以弄清楚宇宙中生命是如何產(chǎn)生的。

但它不僅僅是該系列的另一個(gè)分子。結(jié)果，報(bào)告今日期刊科學(xué)》表明，復(fù)雜的有機(jī)分子（含碳和氫）可能存在于構(gòu)成我們太陽系的寒冷、黑暗的氣體云中。

此外，這些分子一直保持在一起，直到地球形成之后。這對于我們理解地球上生命的早期起源非常重要。

難以銷毀，難以檢測

有問題的分子被稱為芘，一種多環(huán)芳烴或簡稱 PAH。這個(gè)聽起來很復(fù)雜的名字告訴我們，這些分子是由碳原子環(huán)組成的。

碳化學(xué)是地球上生命的支柱。長期以來，人們一直知道 PAH 在星際介質(zhì)中含量豐富，因此，它們具有突出的特色在地球上碳基生命如何形成的理論中。

我們知道有太空中的許多大型 PAH因?yàn)樘祗w物理學(xué)家已經(jīng)在可見光和紅外光中檢測到它們的跡象。但我們不知道它們可能特別是什么 PAH。

芘現(xiàn)在是在太空中檢測到的最大的 PAH，盡管它是所謂的“小”或簡單的 PAH，有 26 個(gè)原子。長期以來，人們一直認(rèn)為這種分子無法在恒星形成的惡劣環(huán)境中生存，因?yàn)橐磺卸笺逶≡谛律柕妮椛渲?，破壞了?fù)雜的分子。

事實(shí)上，由于這個(gè)原因，人們曾經(jīng)認(rèn)為兩個(gè)以上原子的分子不可能存在于太空中，直到他們真正被找到.此外，化學(xué)模型顯示芘非常難以摧毀一旦形成。

去年，科學(xué)家們報(bào)告他們發(fā)現(xiàn)了大量的芘在小行星我們自己的太陽系中的 Ryugu。他們爭辯說，至少有一部分一定來自我們太陽系之前的寒冷星際云。

那么，為什么不看看另一個(gè)寒冷的星際云來找到一些呢？天體物理學(xué)家面臨的問題是，我們沒有直接探測芘的工具——射電望遠(yuǎn)鏡看不到它。

使用示蹤劑

該團(tuán)隊(duì)檢測到的分子稱為 1-氰基芘，我們稱之為芘的“示蹤劑”。它是由芘與氰化物相互作用形成的，氰化物在星際空間中很常見。

研究人員使用了西弗吉尼亞州的 Green Bank 望遠(yuǎn)鏡查看金牛座中的金牛座分子云或 TMC-1。與芘本身不同，1-氰基芘可被射電望遠(yuǎn)鏡探測.這是因?yàn)?1-氰基芘分子充當(dāng)小型無線電波發(fā)射器——地球上無線電臺的微小版本。

隨著科學(xué)家們知道 1-氰基芘與芘的比例，他們就可以估計(jì)星際云中芘的含量。

他們發(fā)現(xiàn)的芘的數(shù)量很大。重要的是，金牛座分子云中的這一發(fā)現(xiàn)表明，在繼續(xù)形成恒星和太陽系的寒冷、黑暗的分子云中存在大量芘。

生命的復(fù)雜誕生

我們正在逐漸構(gòu)建地球上生命如何進(jìn)化的圖景。這張照片告訴我們，生命來自太空——嗯，至少是復(fù)雜的有機(jī)物，前生物形成生命所需的分子.

正如 Ryugu 的發(fā)現(xiàn)所表明的那樣，芘在與恒星誕生相關(guān)的惡劣條件下幸存下來，是這個(gè)故事的重要組成部分。

由單個(gè)細(xì)胞組成的簡單生命幾乎在地球表面冷卻到足以不蒸發(fā)復(fù)雜分子后立即（從地質(zhì)和天文學(xué)的角度）出現(xiàn)在地球的化石記錄中。這發(fā)生了超過 37 億年前在地球大約 45 億年的歷史中。

對于簡單的生物體來說，要如此迅速地出現(xiàn)在化石記錄中，化學(xué)就沒有足夠的時(shí)間從兩三個(gè)原子的簡單分子開始。

在金牛座分子云中新發(fā)現(xiàn)的 1-氰基芘表明，復(fù)雜的分子確實(shí)可以在我們太陽系形成的惡劣條件下存活下來。因此，當(dāng)芘在大約 37 億年前出現(xiàn)在早期地球上時(shí)，它可以形成碳基生命的支柱。

這一發(fā)現(xiàn)還與過去十年的另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)有關(guān)——星際介質(zhì)中的第一個(gè)手性分子環(huán)氧丙烷。我們需要手性分子來使簡單生命形式的進(jìn)化發(fā)揮作用在早期地球的表面.

到目前為止，我們關(guān)于地球上早期生命的分子來自太空的理論看起來不錯(cuò)。

瑪麗亞·坎寧安， 物理學(xué)院名譽(yù)高級講師，新南威爾士大學(xué)悉尼分校

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