科罗拉多大学博尔德分校最新研究：一颗星星诞生了，研究揭示了“恒星托儿所”内部的复杂化学

像人体一样，恒星托儿所含有大量有机分子，主要由碳原子和氢原子组成。该小组的研究结果于2月6日在“自然天文学”杂志上发表，揭示了这些云中可能形成的某些大有机分子。碳原子经历漫长的化学历程中的一个微小步骤-形成在垂死的星星的心中，然后成为行星，地球上甚至更远的生物体的一部分。

“在这些冷分子云中，你正在创造第一个构建块，最终形成恒星和行星，”大气与空间物理实验室（LASP）研究助理兼助理教授乔迪·鲍曼（Jordy Bouwman）说。科罗拉多大学博尔德分校化学系。

对于这项新研究，鲍曼和他的同事们特别深入探讨了一个恒星托儿所：金牛座分子云（TMC-1）。该地区位于金牛座，距地球约440光年（超过2百万英里）。这种化学复杂的环境就是天文学家称之为“无星核”的一个例子。它的云已经开始崩溃，但科学家还没有发现它内部出现的胚胎星。

该团队的研究结果取决于一种名为邻苯甲炔的看似简单的分子。利用地球实验和计算机模拟，研究人员表明，这种分子可以很容易地与太空中的其他分子结合，形成各种较大的有机分子。

换句话说，小型积木成为大型积木。

而且，鲍曼说，这些反应可能表明恒星托儿所比科学家们给予他们更多的兴趣。

他说：“我们才刚刚开始真正了解我们如何从这些小型构件转向大型分子。”。“我想我们会发现，即使在恒星形成的最早阶段，这种化学反应也比我们想象的复杂得多。”。

致命的观察

鲍曼是一位宇宙化学家，研究一个混合化学和天文学的领域，以了解在太空深处发生的搅动化学反应。

他说，表面上冷分子云可能看起来不像化学活动的热床。顾名思义，这些银河系原始汤往往是寒冷的，经常徘徊在-263摄氏度（约-440摄氏度）左右，仅比绝对零高10度。大多数反应至少需要一点点热量才能开始。

但不管是否寒冷，复杂的化学反应似乎正在恒星托儿所发生。特别地，TMC-1含有令人惊讶浓度的相对大的有机分子，其名称为富勒烯和1-和2-乙炔基环戊二烯。化学家称它们为“五元环化合物”，因为它们每个都含有一个形状像五边形的碳原子环。

鲍曼说：“研究人员一直在TMC-1中检测到这些分子，但它们的来源尚不清楚。”。

现在，他和他的同事认为他们有答案。

2021年，在西班牙使用Yebes 40米放射性望远镜的研究人员发现了一种意想不到的分子隐藏在TMC-1的气体云中：邻苯并炔。鲍曼解释说，这种由六个碳原子和四个氢组成的环组成的小分子是化学界的外在之一。它很容易与许多其他分子相互作用，并且不需要大量的热量来完成。

鲍曼说：“没有反应障碍。”。“这意味着它有可能在寒冷的环境中驱动复杂的化学反应。”

识别罪魁祸首

为了找出TMC-1中发生了什么样的复杂化学反应，鲍曼和他的同事们-来自美国，德国，荷兰和瑞士-转向了一种名为“光电子-光离子重合光谱”的技术。该团队使用一家名为同步加速器光源的巨型设施产生的光来识别化学反应的产物。他们看到邻苯甲炔和甲基自由基是分子云的另一种常见成分，它们很容易结合形成更大更复杂的有机化合物。

鲍曼说：“我们知道我们正在做一些好的事情。”。

然后，该团队利用计算机模型来探索邻苯并炔在一个分布在太空深处几个光年的恒星托儿所中的作用。结果很有希望：这些模型产生的气体云含有与天文学家使用望远镜在TMC-1中观察到的大致相同的有机分子混合物。

换句话说，邻苯并炔似乎是推动这些恒星托儿所内发生的气相有机化学的主要候选者，鲍曼说。

他补充说，科学家们还有很多工作要做，以充分了解TMC-1中发生的所有反应。例如，他想研究太空中的有机分子如何吸收氮原子-地球上生物体DNA和氨基酸的关键组成部分。

鲍曼说：“我们的发现可能只是改变了我们首先拥有哪些成分来形成新恒星和新行星的观点。

新论文的合着者包括荷兰莱顿大学的研究人员，美国的本笃会学院，德国的维尔茨堡大学和瑞士的Paul Scherrer研究所。