尘土飞扬的“猫爪星云”含有一种在太空中从未见过的分子——它是迄今为止发现的最大的分子之一

科学家们发现了一种以前从未在太空中见过的新的、异常大的分子。这种名为 2-甲氧基乙醇的 13 个原子分子是在猫爪星云中检测到的。

研究人员在距离地球约 5,500 光年的恒星形成区域猫爪星云中检测到了一种异常大的、以前未检测到的分子。科学家们于 4 月 12 日在《天体物理学杂志快报》上报道称，这种名为 2-甲氧基乙醇的化合物由 13 个原子组成，是迄今为止在太阳系外发现的最大分子之一。

我们经常认为太空是恒星之间虚无的巨大鸿沟，但随着原子在数百万年的时间里聚集和分裂，形成恒星和行星，这种表面上的空虚却充满了化学。了解甲烷、乙醇和甲醛等简单的有机分子是如何形成的，不仅可以帮助科学家了解恒星和星系是如何诞生的，还可以了解生命是如何开始的。

然而，检测这些生命的基本组成部分绝非易事。每个分子都拥有独特的能量“条形码”——该分子可以吸收的特定波长的光的集合。在量子水平上，每个吸收波长对应于一个旋转能级和另一个旋转能级之间的跃迁，并且每个分子都有一组不同但明确定义的能级，这些跃迁可能发生在其中。这种能量转变的条形码很容易在实验室中的样品中测量出来，但天体化学家必须在太空中寻找到相同的能量特征。

“当我们用射电望远镜观察星际源时，我们可以收集这些空间区域中气体分子的旋转信号，”该研究的第一作者、麻省理工学院的天体化学家扎卡里·弗里德 (Zachary Fried) 在《生活科学》杂志上说道。 “由于太空中的分子遵循与地球上相同的量子力学定律，因此在望远镜数据中观察到的旋转跃迁应该与实验室中测量的相一致。”

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Fried 及其同事（麻省理工学院化学助理教授 Brett McGuire 领导的研究小组的一部分）正是采用这种方法检测 2-甲氧基乙醇，这是一种 13 个原子的分子，其中一个氢乙醇原子被更复杂的甲氧基（O-CH3）基团取代。这种复杂程度在太阳系之外尤其不寻常，迄今为止仅检测到 6 个大于 13 个原子的“物种”。 

弗里德说：“这些分子通常比形成路线更简单的较小碳氢化合物丰富得多。” “此外，这些分子的光谱信号分布在更多数量的跃迁上，从而使各个光谱峰更弱，更难以观察。”

但带领团队取得这一发现的不仅仅是运气；还有。他们还使用了人工智能。该团队此前开发了一种机器学习方法来模拟不同空间区域中不同分子物种的丰度。 “使用这些经过训练的模型，我们可以预测哪些未检测到的分子可能非常丰富，从而成为强有力的检测候选者，”弗里德说。

此前曾在猫爪星云（也称为 NGC 63341）的一部分和 IRAS 16293 中检测到含有甲氧基的物质，IRAS 16293 是蛇夫座 Rho 云复合体中的一个双星系统，距离地球 457 光年。地球。因此，该团队非常清楚在哪里寻找新分子。

Fried 首先在实验室中测量 2-甲氧基乙醇样品的旋转光谱；他总共记录了该分子 2,172 种可能的能量信号。然后，研究小组使用位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA)（由 66 台射电望远镜组成）收集了猫爪星云和 IRAS 16293 的读数，并分析了 2-甲氧基乙醇独特能量特征的信号。

虽然在 IRAS 16293 中没有检测到相应的能量痕迹，但该团队最终识别出了来自猫爪星云的 25 个匹配信号，并确认了该恒星形成区域中存在 2-甲氧基乙醇。 

“这使我们能够研究这些来源的不同物理条件如何影响可能发生的化学反应，”弗里德说。 “我们假设了这种化学差异的几个原因，包括辐射场强度的变化，以及恒星形成[不同阶段]这两个来源中不同的尘埃温度。”

研究小组希望这些发现可以为未来的研究提供信息，以识别太空中其他尚未检测到的分子。 

弗里德说：“这些途径的可行性和效率与星际源的物理条件密切相关。” “通过调查哪些其他物种参与了检测到的分子的形成和破坏，我们可以确定可能是检测候选者的其他物种。”