IT之家 11 月 9 日消息，詹姆斯?韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）憑借其卓越的觀測(cè)能力，首次在銀河系以外的星系中、一顆年輕原恒星周圍探測(cè)到凍結(jié)態(tài)的復(fù)雜有機(jī)分子（COMs），實(shí)現(xiàn)了天體化學(xué)領(lǐng)域的重要突破。

由馬里蘭大學(xué)天文學(xué)家瑪爾塔?塞維烏（Marta Sewi?o）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用 JWST 的中紅外儀器（MIRI），在大麥哲倫云（Large Magellanic Cloud, LMC）—— 一個(gè)距地球約 16.3 萬光年的鄰近矮星系 —— 中質(zhì)量較大的原恒星 ST6 周圍塵埃顆粒所裹覆的冰層中，探測(cè)到大量復(fù)雜有機(jī)分子。所謂復(fù)雜有機(jī)分子，一般指含碳且原子總數(shù)超過六個(gè)的分子，其中許多是構(gòu)成已知生命基本單元的化學(xué)前體。

此次確認(rèn)存在于 ST6 周圍凍結(jié)態(tài)冰層中的 COMs 包括：乙醛（acetaldehyde）、乙酸（acetic acid）、乙醇（ethanol）、甲醇（methanol）及甲酸甲酯（methyl formate）。在地球上，甲酸甲酯與乙醛是工業(yè)常用化學(xué)品，甲醇與乙醇屬于醇類，乙酸則是食醋的主要成分；而在星際環(huán)境中，這些分子更扮演著構(gòu)建更復(fù)雜“第二代”分子（如氨基酸和 RNA 分子）的骨架角色。

此外，JWST 還至少探測(cè)到另外 14 種潛在的 COMs 信號(hào)，但塞維烏及其合作者目前尚無法明確確認(rèn)其具體成分。

塞維烏在接受 Space.com 采訪時(shí)表示：“我們才剛剛開始探索此類環(huán)境中復(fù)雜有機(jī)化學(xué)的演化依賴關(guān)系。”

JWST 正在恒星乃至行星形成環(huán)境的化學(xué)研究領(lǐng)域開辟全新疆域。

據(jù)IT之家了解，恒星誕生于低溫分子氣體巨云的碎裂與坍縮過程，形成高密度核心，進(jìn)而凝聚為恒星。初始階段，這些核心溫度極低（低于 100 開爾文，即絕對(duì)零度以上 100 度），復(fù)雜有機(jī)分子多以冰的形式附著于塵埃顆粒表面；直至核心升溫后，冰層才發(fā)生升華，將 COMs 以氣態(tài)形式釋放出來。

盡管氣態(tài) COMs 此前已在銀河系及大麥哲倫云中的多顆年輕恒星周圍被多次探測(cè)到，例如甲醇與甲酸甲酯的氣相形式此前已在 LMC 原恒星周圍發(fā)現(xiàn)，但其更早期、更低溫的冰相形式卻極難被觀測(cè)識(shí)別。

塞維烏指出：“JWST 使我們首次得以探測(cè)到冰相 COMs；但截至目前，僅在銀河系內(nèi) 4 顆原恒星、以及 LMC 中 1 顆（即 ST6）周圍確認(rèn)了冰相 COMs 的存在。”

在凍結(jié)狀態(tài)下探測(cè) COMs，有助于天文學(xué)家評(píng)估原恒星周圍物質(zhì)在恒星形成最初階段的化學(xué)演化程度。尤為引人注目的是，這些分子竟出現(xiàn)在 LMC 中一顆年輕大質(zhì)量原恒星周圍，須知，LMC 的物理?xiàng)l件與銀河系顯著不同：其金屬豐度（即氫、氦以外重元素的含量）較低，且紫外輻射場(chǎng)更強(qiáng)。較低的重元素豐度可能影響 COMs 的豐度，而更強(qiáng)的紫外輻射則可能調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率。

因此，對(duì) LMC 中有機(jī)化學(xué)過程的理解，亦可為研究早期宇宙的有機(jī)化學(xué)演化提供線索，尤其有助于揭示生命基本構(gòu)建單元究竟在宇宙誕生后多久便已具備形成條件，從而為“生命在宇宙中可能最早出現(xiàn)的時(shí)間”提供理論約束。

觀測(cè)結(jié)果表明，LMC 較低的金屬豐度確實(shí)影響了 ST6 周圍 COMs 的豐度。塞維烏表示：“除乙酸外，ST6 周圍所有已測(cè) COMs 相對(duì)于水冰的豐度均低于銀河系中 4 顆原恒星的測(cè)量值 —— 這與預(yù)期一致。而乙酸冰的豐度異常偏高，很可能源于 LMC 更強(qiáng)的紫外輻射通量。”

在 ST6 光譜中至少 14 條未識(shí)別吸收線中，可能存在乙醇醛（glycolaldehyde）—— 它是核糖（RNA 分子的重要組分）的化學(xué)前驅(qū)體。

塞維烏解釋道：“我們發(fā)現(xiàn)若干未證認(rèn)吸收特征可能歸屬乙醇醛，但目前尚無法定論，因尚需更多實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。”她所指的是，天體光譜需與實(shí)驗(yàn)室中不同分子的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行比對(duì)，方能逐一歸屬吸收線對(duì)應(yīng)的具體分子種類。

“很可能還有更多 COMs 存在于 ST6 周圍的冰層中，我們的研究凸顯了開展更多實(shí)驗(yàn)室光譜實(shí)驗(yàn)的緊迫性。”

隨著原恒星繼續(xù)演化并升溫，鄰近恒星的塵埃顆粒表面冰層將逐步升華，COMs 隨之進(jìn)入氣相，此前已在其他天體中觀測(cè)到該過程。

氣相環(huán)境下，更豐富的化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生 —— 由原恒星自身及其周圍環(huán)境的紫外輻射驅(qū)動(dòng) ——“從而生成對(duì)生命至關(guān)重要的更大、更復(fù)雜分子，例如丙醇（propanol）、丙醛（propanal），甚至可能包括氨基酸；但目前我們?cè)?ST6 中尚未探測(cè)到它們”，塞維烏補(bǔ)充道。

值得注意的是，氨基酸已在太陽系的彗星與隕石中被發(fā)現(xiàn)。這些天體形成于約 45 億年前，即太陽尚處原恒星階段之時(shí)。這暗示：氨基酸很可能是從 ST6 周圍所發(fā)現(xiàn)的這類 COMs 出發(fā)，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)演化而來的最終產(chǎn)物。

該研究成果已于 10 月 20 日發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》（Astrophysical Journal Letters）。