天文學家在“貓爪星雲”中發現了一種太空中從未見過的大分子類型
66 觀看·2024年5月8日
猫爪星云(NGC 6334)是一个位于天蝎座方向的红色发射星云,距离地球约5500光年,因其内部发光气体云的独特形状而得名。这是一个活跃的恒星形成区域,横跨约50光年,面积超过满月,估计存在成千上万颗恒星,其中一些是质量接近太阳十倍的亮蓝色恒星,它们仅诞生数百万年。
最近,天文学家在猫爪星云中发现了一种以前未被探测到的异常大分子——2-甲氧基乙醇,由13个原子组成,是迄今为止在太阳系外识别出的最大的分子之一。这种化合物的发现由麻省理工学院化学助理教授布雷特·麦奎尔领导的研究团队完成,并在《天体物理学杂志快报》上报道。2-甲氧基乙醇的一个氢原子被一个更复杂的甲氧基(O-CH3)团所取代,这种复杂性在太阳系外特别不寻常。
研究人员使用了一种机器学习方法来预测哪些未检测到的分子可能非常丰富,因此是强有力的探测候选者。他们首先在实验室测量了2-甲氧基乙醇样本的旋转光谱,记录了2172个可能的能量信号。然后,使用位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)收集了猫爪星云的读数,并分析了该分子的独特能量特征的信号。最终,团队从猫爪星云识别出25个匹配的信号,确认了2-甲氧基乙醇的存在。
这一发现不仅增进了我们对宇宙化学活动的理解,而且为未来识别太空中其他尚未检测到的分子提供了重要信息。团队希望这些发现有助于确定其他可能成为探测候选者的物种,并进一步研究恒星和星系的诞生以及生命的起源。
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貓爪星雲也被稱爲NGC6334星雲
是一個位於天蠍座方向的紅色發射星雲
距離地球大約5500光年遠
這個星雲因其獨特的形狀而得名
其內部的發光氣體雲看起來像一個巨大的貓爪子
貓爪星雲是一個活躍的恆星形成區域
橫跨大約50光年的宇宙空間
覆蓋的天區面積比滿月還要稍大一些
在貓爪星雲中
星際氣體和塵埃相互混合並凝結
形成了新恆星
因此它有時也被稱爲宇宙托爾索
天文學家估計
在貓爪星雲內可能存在着成千上萬顆恆星
其中一些可能是質量接近太陽十倍的亮藍色恆星
它們僅誕生數百萬年
貓爪星雲的紅色輝光
主要來自於星雲中發光的氫氣
在新生恆星的高溫輻射下
這些氫氣會發出紅色光芒
此外
貓爪星雲的圖片通常呈現出神奇的粉紅色和紫色
這是通過不同顏色的濾鏡拍攝
併合成得到的圖像
其中一個特別的濾鏡
能夠捕捉到氫氣發出的光線
最近研究人員在貓爪星雲中
檢測到了一種異常大的
以前未被探測到的分子
這種化合物名爲二甲氧基乙醇
由13個原子組成
是科學家們在4月12日的
《天體物理學》雜誌快報上報道的
迄今爲止
在太陽系外識別出的最大的分子之一
我們常常認爲
太空是星體間一片空洞的虛無
但這種看似的空無
其實充滿了化學活動
原子結合和分離
經過數百萬年形成恆星和行星
瞭解甲烷 乙醇和甲醛等
簡單有機分子是如何形成的
有助於科學家構建恆星和星系如何誕生
以及生命如何開始的畫面
探測構成生命的基本元素
其實是一項極具挑戰性的任務
想象一下
每個分子都擁有自己的獨特身份證
也就是它們能夠吸收的
一系列特定顏色的光
這被稱爲分子的能量調行碼
在微觀的量子世界裏
每當分子吸收了這些特定顏色的光
就意味着它從一個能量狀態
跳到了另一個能量狀態
每個分子都有自己獨特的一組能量狀態
而這些跳躍可以在這些狀態之間發生
在地球上的實驗室裏
測量這些分子的能量調行碼
是相對容易的
但是當天體化學家
想要在浩瀚的宇宙中
找到同樣的分子時
他們就必須在太空中
尋找與這些調行碼
相匹配的能量特徵
這就像是在星空中
尋找一個非常特定的光的模式
需要極高的精確度和先進的技術
這正是弗裏德和他的同事們
由麻省理工學院化學助理教授
佈雷特·麥奎爾領導的
研究團隊的一部分
如何探測到二甲氧基乙醇的方式
這是一種13個原子的分子
其中乙醇的一個氫原子
被一個更復雜的甲氧基團所取代
這種複雜性在太陽系外特別不尋常
迄今爲止只檢測到
6個比13個原子大的物種
這些分子通常比那些
形成途徑更簡單的較小聽類要少得多
弗裏德說
此外 這些分子的光譜信號
分佈在更多的月圈上
因此使得單個光譜峯值更弱
更難以觀察
但這並不僅僅是運氣
讓團隊做出了這一發現
他們還使用了人工智能
該團隊此前開發了一種機器學習方法
用於模擬不同空間區域
不同分子種類的峯度
使用這些訓練有素的模型
我們可以預測哪些未檢測到的分子
可能非常豐富
因此是強有力的探測候選者
弗裏德說
含甲氧基的物種
此前已在貓找星雲的一部分
也稱爲NGC63341
以及位於地球457光年外的
羅氏歐非氣韻團中的
雙星系統IRES-16293中被探測到
因此團隊對在哪裏尋找新分子
有了一個很好的想法
弗裏德首先在實驗室測量了
他記錄了該分子的
2172個可能的能量信號
然後團隊使用位於智利的
阿塔卡馬大型毫米波亞毫米波陣列
一組66個射電望遠鏡
收集了貓找星雲和IRES-16293的讀數
並分析了二甲氧基乙醇的
獨特能量特徵的信號
雖然在IRES-16293中
沒有檢測到相應的能量痕跡
但團隊最終從貓找星雲
識別出25個匹配的信號
並確認了二甲氧基乙醇
在這一恆星形成區域的存在
這使我們能夠研究
這些圓的不同物理條件
如何影響可能發生的化學過程
弗裏德說
我們假設了這種化學分化的幾個原因
包括輻射場強度的變化
以及這兩個圓在不同階段的
恆星形成中的不同塵埃溫度
團隊希望這些發現
可以爲未來識別太空中
其他尚未檢測到的分子的研究提供信息
這些途徑的可行性和效率
弗裏德說
通過研究哪些其他種類的物種
參與了檢測到的分子的形成和破壞
我們可以確定
其他可能成爲探測候選者的物種

