一個國際團隊在一顆名為 ST6 的原恆星周圍的冰層中檢測到了五種複雜的有機分子，該原恆星位於距我們約 16 萬光年的大麥哲倫星雲中。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的這一發現標誌著首次在銀河系外以固態形式發現了這種性質的化合物。這些發現為宇宙最嚴峻的化學環境中生命起源前的化學開啟了新的視野。
在冰原中發現五種化合物
紅外光譜中辨識出的分子包括甲醇、乙醇、乙醛、甲酸甲酯和乙酸，所有這些分子都覆蓋著星際塵埃顆粒。詹姆斯韋伯的 MIRI（紅外線中程成像）儀器提供了分離重疊訊號所需的靈敏度，而以前的望遠鏡無法區分。該地區的極端溫度約為 20 開爾文，相當於約 -250 °C，為保存這些冰創造了理想的條件。
乙酸成為這項發現的一個特別亮點。這是迄今為止在太空中、在任何觀察到的環境中首次檢測到這種固體形式的分子。多種有機化合物的同時存在表明，即使在極其不利的條件下，顆粒表面也會發生有效的化學反應。
光譜分析揭示分子指紋
中紅外光譜捕捉每個分子中化學鍵的特定振動。當這些原子振動時，它們吸收特定波長的光，形成獨特的指紋狀圖案。詹姆斯韋伯的解決方案使得將單一光譜轉化為詳細的化學物質清單成為可能。
研究團隊也檢測到與乙醇醛一致的光譜線索，乙醇醛是核糖的化學相關前體，儘管這項識別仍需要更具體的數據來確認。如果得到證實，這項發現將強化這樣的假設：甚至在行星形成之前，冰蓋就可以產生與糖相關的分子成分。
- 甲醇 (CH3OH)：更大有機結構的基本起點
- 乙醇（C2H5OH）：碳和氧之間有效反應的證據
- 乙醛 (CH3CHO)：糖合成途徑的中間體
- 甲酸甲酯 (HCOOCH3)：與加熱過程中的反應有關
- 乙酸 (CH3COOH)：首次固態檢測
惡劣的環境仍會產生複雜的化學反應
大麥哲倫雲呈現出歷史上挑戰傳統天體化學模式的特徵。由於金屬含量較低，即碳、氮和氧等重元素含量比銀河系少，因此其化學複雜性預計會受到限制。此外，ST6 原恆星位於一個名為 N158 的高能量超級氣泡內，這是一個能夠破壞脆弱分子的強烈紫外線輻射區域。
在這種惡劣的環境中發現的複雜有機化合物表明，塵埃顆粒的表面同時具有庇護所和化工廠的功能。冰蓋保護脆弱的分子免受破壞性輻射的影響，同時提供使反應更有效的表面。宇宙射線、微弱加熱和紫外線光子逐漸結合，引發隨著時間的推移而累積的自由基化學反應。
兩相有機合成循環
天體化學傳統上描述化學如何在兩個連續的步驟中發生。首先，簡單的物質——水、一氧化碳和甲醇——沉積並形成連續的冰層。然後，適度的能量活化這些層內原子和自由基的流動性，使碳、氧和氫重新排列成更大的結構。
當原恆星發光並加熱周圍區域時，一些冰函被釋放到氣相中，在環境中播下複雜的有機化合物。這一過程已在銀河系的多個原恆星加熱階段中廣泛記錄。 ST6 中的觀察結果將這種機制擴展到了化學性質更嚴峻的環境，這表明類似的過程可能普遍存在於恆星形成的早期階段。
自Star誕生以來益生元成分的軌跡
這項發現的戰略重要性在於它的時機。這些分子是在原恆星的嬰兒期被發現的，遠早於行星盤的形成。如果這種有機冰在原恆星中豐富且常見，那麼漂浮的富含冰的固體可以將預先存在的有機物質運送到行星形成區域。彗星和星子隨後會將這些物質重新分配給發展中國家。
這種情況證實了從太陽系彗星中獲得的證據。彗星彗髮的樣本和光譜顯示了複雜有機化合物的強大家族。遙遠的原恆星周圍的冰與附近彗星的化學庫存之間的聯繫強化了連續化學供應鏈的想法，從恆星誕生到行星表面結束。
即將進行的觀測將擴大天體化學繪圖
團隊打算將研究範圍擴大到麥哲倫星雲中的其他原恆星。較大的樣本將揭示這些冰出現的頻率、物體之間的豐度如何變化，以及哪些特定環境有利於特定分子。使用射電干涉儀進行的觀測將在地區變暖時將固態儲存與氣相釋放聯繫起來。
該研究於 2025 年 10 月 20 日發表在《天文物理學雜誌快報》。此方法使用 MIRI 儀器的中紅外光譜來分離重疊的光譜特徵。距離大麥哲倫雲的距離以及高度活躍的恆星形成核心的存在使該區域成為了解低金屬豐度條件下化學的理想試驗場。