星际环境可能孕育复杂的有机分子

如果像氨基酸这样具有生物学重要性的有机分子能在星际空间中形成,其意义将是巨大的。在地球上,我们在某些类型的陨石中发现了大量的氨基酸种类,因此至少这些化合物可以在原恒星、原行星系统(至少是这个系统)的组装过程中形成,并最终 [...]

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


复杂化学的中心?我们的银河系中心 (MSX/IPAC/NASA)

如果像氨基酸这样具有生物学重要性的有机分子能在星际空间中形成,其意义将是巨大的。

在地球上,我们在某些类型的陨石中发现了大量的氨基酸种类,因此至少这些化合物可以在原恒星、原行星系统(至少是这个系统)的组装过程中形成,并完好无损地到达岩石行星的表面。这意味着可能存在一个来自外太空的年轻行星的“启动混合物”的生命前化学物质,这可能在生命的起源中发挥作用。


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然而,尚不清楚这种化学遗产是否会进一步追溯到时间和空间,延伸到星际环境。通过天文光谱学探测复杂分子是一项棘手的工作,涉及无线电波到红外波长,并且由于光谱特征难以理解,从远处观察时,这些特征可能会混杂在一起,变得非常混乱。尽管大多数已识别的星际分子物种是有机的,但要确认碳原子超过几个的链和结构形式的存在是很困难的。

因此,贝尔洛奇及其同事上周在《科学》杂志上发表的一篇论文特别引人入胜,因为它声称在银河系中恒星形成的最密集星云区域人马座B2深处(距离银河系核心约27,000光年)探测到一种名为“支链烷基”的分子——异丙基氰化物(i-C3H7CN)。研究人员利用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA),并结合实验室对这类分子光谱特征的研究,识别出了丙基氰化物的支链和“直链”版本(如下图所示,从左到右)。

左图:“支链”异丙基氰化物,右图:“直链”正丙基氰化物。

 

 

 

 

非常令人兴奋的是,这种支链结构是像氨基酸这样的侧链分子的一个关键特征,但到目前为止,在类似的星际分子中只检测到直链结构。

形成这两种分子结构的可能反应途径都涉及到冰覆盖尘埃颗粒表面的环境,但似乎只有在像人马座B2这样更密集、能量更丰富的环境中,条件才允许支链异构体形成,并可能占主导地位。

换句话说,富含物质的恒星形成区域可能确实具备合适的条件,可以在它们最终混入年轻行星系统的强烈环境之前,很久就产生越来越复杂的有机分子(包括氨基酸)。除非所有这些深空化学反应都被逆转——这似乎不太可能——否则其中一些分子将是我们我们在陨石中发现的那些,并且一定是描绘了年轻地球表面的那些分子。

天文学家接下来的步骤是开始寻找更高复杂度的分子;丁基氰化物 (n-C4H9CN),它拥有 3 个支链异构体。对可能成为我们祖先分子的搜寻已经真正开始了。

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