IT之家 11 月 9 日消息，詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST）憑借其卓越的觀測能力，首次在銀河系以外的星系中、一顆年輕原恒星周圍探測到凍結態的復雜有機分子（COMs），實現了天體化學領域的重要突破。

由馬里蘭大學天文學家瑪爾塔?塞維烏（Marta Sewi?o）領導的研究團隊，利用 JWST 的中紅外儀器（MIRI），在大麥哲倫云（Large Magellanic Cloud, LMC）—— 一個距地球約 16.3 萬光年的鄰近矮星系 —— 中質量較大的原恒星 ST6 周圍塵埃顆粒所裹覆的冰層中，探測到大量復雜有機分子。所謂復雜有機分子，一般指含碳且原子總數超過六個的分子，其中許多是構成已知生命基本單元的化學前體。

此次確認存在于 ST6 周圍凍結態冰層中的 COMs 包括：乙醛（acetaldehyde）、乙酸（acetic acid）、乙醇（ethanol）、甲醇（methanol）及甲酸甲酯（methyl formate）。在地球上，甲酸甲酯與乙醛是工業常用化學品，甲醇與乙醇屬于醇類，乙酸則是食醋的主要成分；而在星際環境中，這些分子更扮演著構建更復雜“第二代”分子（如氨基酸和 RNA 分子）的骨架角色。

此外，JWST 還至少探測到另外 14 種潛在的 COMs 信號，但塞維烏及其合作者目前尚無法明確確認其具體成分。

塞維烏在接受 Space.com 采訪時表示：“我們才剛剛開始探索此類環境中復雜有機化學的演化依賴關系。”

JWST 正在恒星乃至行星形成環境的化學研究領域開辟全新疆域。

據IT之家了解，恒星誕生于低溫分子氣體巨云的碎裂與坍縮過程，形成高密度核心，進而凝聚為恒星。初始階段，這些核心溫度極低（低于 100 開爾文，即絕對零度以上 100 度），復雜有機分子多以冰的形式附著于塵埃顆粒表面；直至核心升溫后，冰層才發生升華，將 COMs 以氣態形式釋放出來。

盡管氣態 COMs 此前已在銀河系及大麥哲倫云中的多顆年輕恒星周圍被多次探測到，例如甲醇與甲酸甲酯的氣相形式此前已在 LMC 原恒星周圍發現，但其更早期、更低溫的冰相形式卻極難被觀測識別。

塞維烏指出：“JWST 使我們首次得以探測到冰相 COMs；但截至目前，僅在銀河系內 4 顆原恒星、以及 LMC 中 1 顆（即 ST6）周圍確認了冰相 COMs 的存在?！?/p>

在凍結狀態下探測 COMs，有助于天文學家評估原恒星周圍物質在恒星形成最初階段的化學演化程度。尤為引人注目的是，這些分子竟出現在 LMC 中一顆年輕大質量原恒星周圍，須知，LMC 的物理條件與銀河系顯著不同：其金屬豐度（即氫、氦以外重元素的含量）較低，且紫外輻射場更強。較低的重元素豐度可能影響 COMs 的豐度，而更強的紫外輻射則可能調控化學反應速率。

因此，對 LMC 中有機化學過程的理解，亦可為研究早期宇宙的有機化學演化提供線索，尤其有助于揭示生命基本構建單元究竟在宇宙誕生后多久便已具備形成條件，從而為“生命在宇宙中可能最早出現的時間”提供理論約束。

觀測結果表明，LMC 較低的金屬豐度確實影響了 ST6 周圍 COMs 的豐度。塞維烏表示：“除乙酸外，ST6 周圍所有已測 COMs 相對于水冰的豐度均低于銀河系中 4 顆原恒星的測量值 —— 這與預期一致。而乙酸冰的豐度異常偏高，很可能源于 LMC 更強的紫外輻射通量。”

在 ST6 光譜中至少 14 條未識別吸收線中，可能存在乙醇醛（glycolaldehyde）—— 它是核糖（RNA 分子的重要組分）的化學前驅體。

塞維烏解釋道：“我們發現若干未證認吸收特征可能歸屬乙醇醛，但目前尚無法定論，因尚需更多實驗室光譜數據加以驗證?！彼傅氖牵祗w光譜需與實驗室中不同分子的標準光譜進行比對，方能逐一歸屬吸收線對應的具體分子種類。

“很可能還有更多 COMs 存在于 ST6 周圍的冰層中，我們的研究凸顯了開展更多實驗室光譜實驗的緊迫性。”

隨著原恒星繼續演化并升溫，鄰近恒星的塵埃顆粒表面冰層將逐步升華，COMs 隨之進入氣相，此前已在其他天體中觀測到該過程。

氣相環境下，更豐富的化學反應得以發生 —— 由原恒星自身及其周圍環境的紫外輻射驅動 ——“從而生成對生命至關重要的更大、更復雜分子，例如丙醇（propanol）、丙醛（propanal），甚至可能包括氨基酸；但目前我們在 ST6 中尚未探測到它們”，塞維烏補充道。

值得注意的是，氨基酸已在太陽系的彗星與隕石中被發現。這些天體形成于約 45 億年前，即太陽尚處原恒星階段之時。這暗示：氨基酸很可能是從 ST6 周圍所發現的這類 COMs 出發，經一系列化學反應演化而來的最終產物。

該研究成果已于 10 月 20 日發表于《天體物理學雜志快報》（Astrophysical Journal Letters）。