人体体重的约 18% 是碳。这种简单的元素被认为是生命的支柱，并且也大量存在于地球的岩石、大气和海洋中。科学家们不知道碳最初是如何出现在我们星球上的，但现在天文学家在太空中发现了一种特殊的分子，这可能有助于将这种基本元素追溯到其来源。
研究人员使用位于西弗吉尼亚州的绿岸射电望远镜，在距离地球 430 光年的被称为金牛座分子云 1 的气体和尘埃团中识别出了苯甲腈（C6H5CN）分子的特征。苯甲腈的核心是一个由六个碳组成的六边形，称为苯，这种结构将该化合物归入“芳香族”分子类别，并使苯甲腈成为一类称为多环芳烃 (PAH) 的分子的构成要素，该类分子包含许多碳六边形。科学家认为，多环芳烃在宇宙中非常普遍，但天文学家尚未在太空中识别出单个此类分子。这项新的观测是他们迄今为止最接近的一次。“这项研究表明你拥有多环芳烃的第一步，这些最初的苯环，”荷兰莱顿大学的天体化学家赞德·蒂伦斯说，他没有参与这项研究。“然后你可以成长为越来越大的物种。了解这些分子来自哪里，并了解它们在空间清单中扮演什么角色是天文学的一个关键目标。” 这些发现今天发表在《科学》杂志上，并在华盛顿特区举行的美国天文学会会议上进行了介绍。
这项研究可能有助于解释像地球这样的行星是如何获得碳的。该元素从恒星的核心开始，在那里它是核聚变的产物。但是，当恒星死亡并将其物质喷射到太空时，它会发生什么？科学家认为，最大的一部分（10% 到 20% 之间）会变成多环芳烃，只要含有碳的温热气体冷却下来，多环芳烃就会形成。最终，这些多环芳烃是否会进入形成行星和小行星的恒星周围的原行星盘？“这是开始解开这些问题的第一步，”佐治亚南方大学的天体化学家瑞安·福滕贝里说，他没有参与这项研究。“我们需要碳来制造行星、创造生命、进行有趣的化学反应。我们对碳被束缚在哪里有这样的假设，但我们没有办法证实它。[苯甲腈] 使我们能够开始在正确的地方寻找。”
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如果多环芳烃掌握着生命种子的成分，那么它们也是生命的敌人。这些分子是致癌物，在地球上的汽车尾气和烟囱排放物中很常见。它们对我们健康如此有害的原因是它们很难分解——它们中心的碳环极其稳定并且耐反应，这使得我们的身体难以分解它们。但这种稳定性也意味着它们可以在严酷的太空环境中停留很长时间，只是偶尔会被极高能量的光子打开。天文学家已经看到了表明某些类型的多环芳烃在我们的星系和其他星系中大量存在的通用光模式。然而，单个多环芳烃分子很难相互区分，研究人员一直无法确定哪些特定的多环芳烃存在于那里。
为了发现苯甲腈，由弗吉尼亚州国家射电天文台的化学家布雷特·麦圭尔领导的天文学家对金牛座云进行了总共 35 个多小时的观测，将收集到的所有光合并到一个数据集中，最终显示了该分子的特征。每种化学物质都有其发射或吸收的特征光波长，这取决于其精确的配置。当分子在太空中首尾相连地翻滚时，苯甲腈通过发射电磁光谱的无线电范围内的光子而为人所知。“分子的质量分布有多广，原子在哪里，会改变分子的旋转速度，”麦圭尔说。“当分子释放或获得角动量时，它会发出光。”
研究人员能够识别出苯甲腈，因为它是不对称的：在其碳六边形的一侧悬挂着一个碳氮对。这种独特的特征使其比完整的多环芳烃更容易找到。后者往往是对称的，因此它们的形状不会随着旋转而改变，因此它们在旋转时不会发出可识别的光模式。该团队希望很快使用相同的技术在其他宇宙位置识别苯甲腈。“通过首次在这一来源中观察到它，我们现在了解到它就在那里，”麦圭尔说，“并且我们有了可以去寻找它的其他地方的想法。”