中国科学家解开宇宙有机大分子谜团

发布时间：2011-11-6 19:12 发布者：1640190015

科学家们最近的研究发现，在宇宙中年轻恒星周围的化学工厂中，能够产生远比我们之前想象地要复杂地多的分子。我们之前已经在彗星和行星上探测到相对复杂的含碳分子，这些分子结构应当是在太阳系内其他区域形成的，但是根据最新一篇发表在《自然》杂志上的论文，宇宙光谱中一部分“无法识别的红外辐射”可能实际上来自年轻恒星周遭形成的大型分子。科学家们还认为这样的分子有可能在地球形成早期曾经被带到地球上。
我们对于宇宙中发生的化学作用知之甚少，科学家们很大程度上只能去猜测自然界是如何进行复杂分子的合成工作。之前科学界便已了解，在年轻恒星的周围可以形成相对简单的分子，而稍复杂的分子也可以稍后在相对更加低温的环境中形成。
而更让问题显得神秘的是，我们在银河系内部和宇宙其他区域都探测到一些无法识别的红外线辐射，天文学家们干脆称它们为“不明红外辐射”(UIE)。这种红外辐射必定来自分子的振动，即大分子内部原子间的相对振动，它们会吸收特定波长的光波，随后以红外线的形式再次辐射出去。
就像一台钢琴的每个按键的音调不同一样，每种分子的振动都有着自己独一无二的特征，这也使得科学家们得以通过光谱“指纹”来识别出相应的分子，但是“不明红外辐射”显示的这种信号太过复杂，似乎是一大群信号混杂在一起，这让解译工作困难重重。
恒星的力量
自从上世纪70年代开始，天文学家们便开始猜测产生这种复杂信号的分子究竟会是什么。最近他们开始怀疑这可能是由一种多环芳香族碳氢化合物(PAHs)产生的。这是碳原子构成的环状结构并和氢原子相结合形成的复杂构造，在烤焦的肉类中就存在这种物质，是一种致癌物。
不过需要澄清的一点是，这些大分子的发现并非是说它们的结构有多么复杂，人们之前已经在太阳系内很多区域，如彗星以及土卫六的表面发现过同样或更加复杂的大分子。这一发现的意义在于它是在新生恒星周遭区域形成的。
香港大学天文学郭新教授告诉记者说：“传统的观点是认为这些物质是在太阳系内‘本地’形成的。”郭教授和他的同事张勇教授合作，借助美国宇航局斯皮策空间望远镜对新生恒星发出的光进行了研究，并将其与两颗新星的光进行比对，新星是白矮星爆炸产生的亮度骤增现象。随后他们开始构建一个假象的分子模型，并结合实测数据不断更改其结构和组成，直到模拟显示其振动特征和实测数据达到最佳吻合为止。
模拟的结果显示，这种信号的产生并非来自单纯的多环芳香族碳氢化合物，而是一种和多环芳香族碳氢化合物非常类似的环状芳香族结构，并含有扭结的脂肪链成分。
郭新教授称：“我们这一研究的意义在于，我们确认了在太阳系中发现的这类有机物物质和行星状星云中存在的这类物质之间存在高度的相似性。这一点暗示，太阳系中可能包含有恒星际有机物的残余。”
另外，这也可能意味着之前人们认为这类复杂大分子的出现是一种罕见且难以理解的复杂过程的观点是错误的，这种现象可能普遍存在于很多恒星周遭环境中。
不过美国约翰•霍普金斯大学应用物理实验室的卡里•里斯(Carey Lisse)表示，尽管可能确实有很多年轻恒星正向周遭空间抛出复杂的有机分子，但是那些更加年老，甚至濒死的恒星可能也有同样的现象，甚至更甚。
他提到了最近一篇发表在《天体物理学报》上的文章，这是美国海军研究实验室的荣达·斯图尔特(Rhonda Stroud)所做的工作。在该研究中，斯图尔特证明了当超新星爆发时产生的冲击波通过星际介质时，可以产生芳香族物质和脂类分子。
这样的研究让问题一下子变得复杂起来，我们很难了解这些复杂分子最后是否以及是如何抵达其他恒星系的，比如我们的太阳系。“想要去搞清这些复杂有机物质是原生于太阳系还是历史上星际介质产物的遗迹，这个问题很有趣，并且我们现在并不清楚有关这一问题的讨论将把我们引向何方，不过很有趣的是，他们现在已经开始有了一些线索。”
他说：“年轻恒星在‘重新播种’这些有机分子过程中所起的作用非常复杂。我们还不清楚在这一过程中它们摧毁了多少又创造了多少，但是任何有关它们确实在星际介质有机质扩散过程中起到作用的线索都是让人兴奋的，因为这就意味着它们在生命形成方面可能起到了作用。”
里斯教授认为，这篇这篇发表在《自然》杂志上的论文是向着正确的方向迈出的一部，但是这将绝不会是最后一步。(文/新浪科技)