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韋伯望遠鏡首次探測到關鍵的碳分子是所有已知生命的基礎

2023-06-27 16:27:00 來源：cnBeta

一個國際科學家團隊利用美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡首次在太空中探測到一種新的碳化合物。該分子被稱為甲基陽離子（發(fā)音為cat-eye-on）(CH3+)，它很重要，因為它有助于形成更復雜的碳基分子。在一個年輕的恒星系統(tǒng)中檢測到了甲基陽離子，該系統(tǒng)有一個名為 d203-506 的原行星盤，位于獵戶座星云中約 1,350 光年之外。

碳化合物構成了所有已知生命的基礎，因此對于致力于了解生命在地球上如何發(fā)展以及生命如何在宇宙其他地方發(fā)展的科學家來說特別有趣。韋伯以新的方式開啟了星際有機（含碳）化學的研究，這是許多天文學家強烈著迷的領域。

【資料圖】

這張由韋伯的 NIRCam（近紅外相機）拍攝的圖像顯示了獵戶座星云的一部分，即獵戶座吧。在這個區(qū)域，來自左上角的梯形星團的高能紫外線與密集的分子云相互作用。恒星輻射的能量正在慢慢侵蝕獵戶座條，這對新生恒星周圍形成的原行星盤中的分子和化學成分產生了深遠的影響。

在這張圖像中，有一個名為 d203-506 的年輕恒星系統(tǒng)，它有一個原行星盤。天文學家首次利用韋伯在該圓盤中檢測到一種稱為甲基陽離子的碳分子。該分子很重要，因為它有助于形成更復雜的碳基分子。圖片來源：ESA/Webb、NASA、CSA、M. Zamani (ESA/Webb)、PDRs4ALL ERS 團隊

從理論上講，CH3+ 特別重要，因為它很容易與多種其他分子發(fā)生反應。因此，它就像一個“火車站”，分子可以在其中停留一段時間，然后再朝許多不同的方向之一與其他分子發(fā)生反應。由于這一特性，科學家懷疑 CH3+ 構成了星際有機化學的基石。

韋伯的獨特功能使其成為尋找這一關鍵分子的理想天文臺。韋伯精湛的空間和光譜分辨率及其靈敏度，都為團隊的成功做出了貢獻。特別是，韋伯對 CH3+ 的一系列關鍵發(fā)射線的檢測鞏固了這一發(fā)現(xiàn)。

科學團隊成員、法國巴黎薩克雷大學的瑪麗-艾琳·馬丁-德魯梅爾 (Marie-Aline Martin-Drumel) 表示：“這一檢測不僅驗證了韋伯令人難以置信的靈敏度，而且還證實了 CH3+ 在星際化學中的核心重要性。”

這張來自韋伯 MIRI（中紅外儀器）的圖像顯示了獵戶座星云的一小部分區(qū)域。該視圖的中心是一個年輕的恒星系統(tǒng)，其原行星盤名為 d203-506。一個國際天文學家團隊首次在 d203-506 中檢測到一種稱為甲基陽離子的新碳分子。圖片來源：ESA/Webb、NASA、CSA、M. Zamani (ESA/Webb)、PDRs4ALL ERS 團隊

雖然 d203-506 中的恒星是一顆小型紅矮星，但該系統(tǒng)受到來自附近熾熱、年輕、大質量恒星的強烈紫外線 (UV) 的轟擊。科學家認為，大多數(shù)行星形成盤都會經歷一段如此強烈的紫外線輻射時期，因為恒星往往成群結隊地形成，其中通常包括大量產生紫外線的恒星。

通常情況下，紫外線輻射會破壞復雜的有機分子，在這種情況下，CH3+ 的發(fā)現(xiàn)似乎令人驚訝。然而，研究小組預測，紫外線輻射實際上可能為 CH3+ 的形成提供必要的能量來源。一旦形成，它就會促進額外的化學反應以構建更復雜的碳分子。

總體而言，該團隊指出，他們在 d203-506 中看到的分子與典型的原行星盤有很大不同。特別是，他們無法檢測到任何水的跡象。

“這清楚地表明紫外線輻射可以完全改變原行星盤的化學成分。它實際上可能在生命起源的早期化學階段發(fā)揮著關鍵作用，”該研究的主要作者、位于圖盧茲的法國國家科學研究中心的奧利維爾·貝爾內 (Olivier Berné) 闡述道。

這些研究結果來自 PDRs4ALL 早期發(fā)布科學計劃，已發(fā)表在《自然》雜志上。

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