科学家发现仓库里装满了太空中从未见过的复

对一个寒冷、密集的分子气体云的无线电观测揭示了十几个意想不到的分子

来自GOTHAM的科学家——绿色银行望远镜观测TMC-1

（年3月18日）——科学家首次通过探测星际介质中的单个多环芳烃分子，在寒冷的黑暗分子云中发现了一个巨大、以前未知的新芳烃储层，并因此开始解开一个长达30年的科学谜团：这些分子是如何在太空中形成的？

麻省理工学院化学助理教授、GOTHAM项目首席研究员布雷特·麦奎尔（BrettMcGuire）说：我们一直认为多环芳烃主要在垂死恒星的大气层中形成。在这项研究中，我们在寒冷的乌云中发现了它们，在那里恒星甚至还没有开始形成。

芳香分子和PAHs——多环芳烃的速记——为科学家所熟知。芳香分子存在于人类和其他动物的化学成分中，存在于食物和药物中。同样，PAHs是许多化石燃料燃烧产生的污染物，甚至包括蔬菜和肉类在高温下烧焦时形成的致癌物质。多环芳烃被认为含有宇宙中高达25%的碳，麦奎尔说，他也是天体物理学中心的副研究员

哈佛和史密森尼（Cfa）。现在，我们第一次直接了解它们的化学成分，让我们详细研究这个巨大的碳储层如何通过恒星和行星的形成过程来反应和进化。

自20世纪80年代以来，科学家们一直怀疑太空中存在PAHs，但这项新研究在过去7个月发表的9篇论文中详细阐述了这一点，首次明确证明了它们存在于分子云中。为了找出难以捉摸的分子，研究小组将米深天体射电天文学GBT聚焦在金牛座分子云上，或TMC-1——一个距离地球约光年的大二星前尘埃和气体云，有朝一日会自行坍塌形成恒星——他们发现的是惊人的：不仅公认的科学模型不正确，而且TMC-1的发生比研究小组想象的要多得多。

从几十年的模型，我们相信，我们有一个相当良好的了解分子云的化学，迈克尔麦卡锡说，天体化学家和代理副主任的Cfa，其研究小组作出精确的实验室测量，使许多这些天文探测建立的信心。这些新的天文观测表明，这些分子不仅存在于分子云中，而且数量也比标准模型预测的要高。

McGuire补充说，以前的研究只显示有PAH分子在那里，但不是哪些特定的分子。在过去30年左右的时间里，科学家们一直在观察这些分子在我们的星系和红外其他星系的体积特征，但我们看不出哪些分子组成了这种质量。随着射电天文学的加入，我们看到的不是我们无法分辨的大质量，而是单个分子。

令他们惊讶的是，研究小组没有发现一个新的分子隐藏在TMC-1中。该小组在多篇论文中详细观察了1-氰化物、1-氰化物、HC11N、2-氰化物、乙烯、2-氰化物-环丙烯、苯甲酸酯、跨（E）氰乙烯、HC4NC和丙丙氰化物等。这就像走进一家精品店，只是在不知道有后屋的情况下浏览前端的库存。我们已经收集了大约50年的小分子，现在我们发现了一个后门。当我们打开那扇门往里看时，我们发现了这个我们没想到的分子和化学的巨大仓库，麦奎尔说。在那里，所有的时间，潜伏在刚刚超越我们以前看过的地方。

麦奎尔和高碳项目的其他科学家在年麦奎尔首次发现苯甲酸后，两年多来一直在寻找TMC-1中的分子。该项目的最新观测结果可能在未来几年内对天体物理学产生影响。我们偶然发现了一组全新的分子，这与我们以前能够检测到的任何东西都不一样，这将彻底改变我们对这些分子如何相互作用的理解。它有下游的影响，麦奎尔说，并补充说，最终这些分子生长到足够大，他们开始聚集到星际尘埃的种子。当这些分子变得足够大，以至于它们是星际尘埃的种子时，这些分子就有可能影响小行星、彗星和行星的组成、冰形成的表面，甚至可能反过来影响行星在恒星系统中形成的位置。

TMC-1中新分子的发现也对天体化学有影响，虽然研究小组还没有全部的答案，但这里的影响也将持续几十年。麦卡锡说：我们已经从一维碳化学（很容易探测到）转向了太空中真正的有机化学，因为新发现的分子是化学家知道和识别的，可以在地球上产生。这只是冰山一角。无论这些有机分子是在那里合成的，还是运到那里，它们都存在，而知识本身是该领域的一个根本进步。

在年高谭发射之前，科学家们已经对银河系星际介质中的大约个单个分子进行了编目。这些新发现促使团队怀疑，这是正确的，有什么。麦卡锡说：这些观察结果、这一发现以及这些分子的惊人之处在于，没有人看过或看起来足够努力。这让你想知道还有什么，我们只是没有寻找。

科学家发现的这种新的芳香化学与TMC-1并不分离。对哥谭的同伴调查，被称为ARKHAM-一个严格的K/Ka波段调查寻找芳香分子-最近发现苯甲酸在多个额外的对象。令人难以置信的是，我们在ARKHAM观测到的前四个物体中的每一个都发现了苯甲酸固氮，美国联邦航空局的亚毫米阵列博士后研究员、GOTHAM联合首席研究员安德鲁·伯克哈特说。这很重要，因为虽然GOTHAM正在突破我们认为在太空中可能实现的化学极限，但这些发现意味着我们在TMC-1中学到的关于芳香分子的东西可以广泛应用于任何地方的乌云。这些乌云是恒星和行星的最初发源地。因此，这些以前看不见的芳香分子还需要在以后的每一步中思考，以创造恒星、行星和太阳系，就像我们自己的一样。

除麦奎尔、麦卡锡和伯克哈特外，以下研究人员还为该项目做出了贡献并领导了这项研究：麻省理工学院的金龙·开尔文·李：国家射电天文观测站的瑞安·卢米斯、安东尼·雷米扬和伊曼纽尔·莫坚;本笃会学院的克里斯托弗·辛格尔德克;美国宇航局戈达德的史蒂文·查恩利和马丁·科迪纳;弗吉尼亚大学的埃里克·赫布斯特、埃里克·威利斯、慈雪和马克·西伯特;列别捷夫物理研究所的谢尔盖·卡伦斯基该项目还得到了斯图加特大学、马克斯·普朗克研究所和美国天主教大学的研究支持。

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