一个国际团队在一颗名为 ST6 的原恒星周围的冰层中检测到了五种复杂的有机分子，该原恒星位于距我们约 160,000 光年的大麦哲伦星云中。詹姆斯·韦伯太空望远镜的这一发现标志着首次在银河系外以固态形式发现了这种性质的化合物。这些发现为宇宙最严峻的化学环境中生命起源前的化学打开了新的视角。
在冰原中发现五种化合物
红外光谱中识别出的分子包括甲醇、乙醇、乙醛、甲酸甲酯和乙酸，所有这些分子都覆盖着星际尘埃颗粒。詹姆斯·韦伯的 MIRI（红外中程成像）仪器提供了分离重叠信号所需的灵敏度，而以前的望远镜无法区分。该地区的极端温度约为 20 开尔文，相当于约 -250 °C，为保存这些冰创造了理想的条件。
乙酸成为这一发现的一个特别亮点。这是迄今为止在太空中、在任何观察到的环境中首次检测到这种固体形式的分子。多种有机化合物的同时存在表明，即使在极其不利的条件下，颗粒表面也会发生有效的化学反应。
光谱分析揭示分子指纹
中红外光谱捕获每个分子中化学键的特定振动。当这些原子振动时，它们吸收特定波长的光，形成独特的指纹状图案。詹姆斯·韦伯的解决方案使得将单一光谱转化为详细的化学物质清单成为可能。
研究小组还检测到与乙醇醛一致的光谱线索，乙醇醛是核糖的化学相关前体，尽管这一识别仍需要更具体的数据来确认。如果得到证实，这一发现将强化这样的假设：甚至在行星形成之前，冰盖中就可以产生与糖相关的分子成分。
- 甲醇 (CH3OH)：更大有机结构的基本起点
- 乙醇（C2H5OH）：碳和氧之间有效反应的证据
- 乙醛 (CH3CHO)：糖合成途径的中间体
- 甲酸甲酯 (HCOOCH3)：与加热过程中的反应有关
- 乙酸 (CH3COOH)：首次固态检测
恶劣的环境仍然会产生复杂的化学反应
大麦哲伦云呈现出历史上挑战传统天体化学模型的特征。由于金属含量较低，即碳、氮和氧等重元素含量比银河系少，因此其化学复杂性预计会受到限制。此外，ST6 原恒星位于一个名为 N158 的高能超级气泡内，这是一个能够破坏脆弱分子的强烈紫外线辐射区域。
在这种恶劣的环境中发现的复杂有机化合物表明，尘埃颗粒的表面同时具有庇护所和化工厂的功能。冰盖保护脆弱的分子免受破坏性辐射的影响，同时提供使反应更有效的表面。宇宙射线、微弱加热和紫外线光子逐渐结合，引发随着时间的推移而积累的自由基化学反应。
两相有机合成循环
天体化学传统上描述化学如何在两个连续的步骤中发生。首先，简单的物质——水、一氧化碳和甲醇——沉积并形成连续的冰层。然后，适度的能源激活这些层内原子和自由基的流动性，使碳、氧和氢重新排列成更大的结构。
当原恒星发光并加热周围区域时，一些冰幔被释放到气相中，在环境中播下复杂的有机化合物。这一过程已在银河系的多个原恒星加热阶段得到广泛记录。 ST6 中的观察结果将这种机制扩展到了化学性质更加严峻的环境，这表明类似的过程可能普遍存在于恒星形成的早期阶段。
自Star诞生以来益生元成分的轨迹
这一发现的战略重要性在于它的时机。这些分子是在原恒星的婴儿期被发现的，远早于行星盘的形成。如果这种有机冰在原恒星中丰富且常见，那么漂浮的富含冰的固体可以将预先存在的有机物质运送到行星形成区域。彗星和星子随后会将这些物质重新分配给发展中国家。
这种情况证实了从太阳系彗星获得的证据。彗星彗发的样本和光谱显示了复杂有机化合物的强大家族。遥远的原恒星周围的冰与附近彗星的化学库存之间的联系强化了连续化学供应链的想法，从恒星诞生到行星表面结束。
即将进行的观测将扩大天体化学绘图
该团队打算将研究范围扩大到麦哲伦星云中的其他原恒星。更大的样本将揭示这些冰出现的频率、物体之间的丰度如何变化，以及哪些特定环境有利于特定分子。使用射电干涉仪进行的观测将在地区变暖时将固态存储与气相释放联系起来。
该研究于 2025 年 10 月 20 日发表在《天体物理学杂志快报》上。该方法使用 MIRI 仪器的中红外光谱来分离重叠的光谱特征。距大麦哲伦云的距离以及高度活跃的恒星形成核心的存在使该区域成为了解低金属丰度条件下化学的理想试验场。