詹姆斯·韦伯望远镜发现银河系外原恒星冰层复杂有机分子

天文学研究近日取得一项重大突破：詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）首次在银河系外探测到冻结状态的复杂有机分子（COMs），这一发现为理解宇宙生命起源的化学基础提供了关键线索。研究团队利用韦布望远镜的中红外仪器（MIRI），在距离地球约16.3万光年的大麦哲伦云中，一颗名为ST6的大质量原恒星周围的尘埃冰层中，成功识别出多种复杂有机分子的存在。

复杂有机分子通常指由六个以上原子组成且含碳的化合物，它们是构成生命基础物质的重要前体。此次在ST6周围冰层中明确识别的分子包括乙醛、甲醇、乙醇、乙酸和甲酸甲酯。这些分子在地球上具有重要工业价值——甲酸甲酯和乙醛常用于化工生产，甲醇和乙醇属于醇类化合物，而乙酸则是食醋的主要成分。但在星际环境中，它们扮演着更基础的角色：作为构建氨基酸、RNA等"第二代"生物分子的化学骨架。

研究团队还检测到另外14条潜在复杂有机分子的吸收信号，但目前尚无法确定其具体成分。项目负责人玛尔塔·塞维乌指出："我们刚刚开始探索这类环境中复杂有机化学的演化规律。"这项发现标志着韦布望远镜在恒星与行星形成环境的化学研究领域开辟了新方向。

恒星的形成始于低温分子云的引力坍缩，形成高密度核心后逐渐凝聚。在初始阶段，这些核心温度极低（低于100开尔文），复杂有机分子主要以冰的形式附着在尘埃颗粒表面。随着核心温度升高，冰层升华将COMs释放为气态。虽然气态COMs此前已在银河系及大麦哲伦云的年轻恒星周围多次被发现，但其低温冰相形态却因观测难度极大而鲜有记录。

塞维乌强调："韦布望远镜首次实现了对冰相COMs的探测。目前仅在银河系4颗原恒星和大麦哲伦云1颗原恒星（即ST6）周围确认了这类分子的存在。"在冻结状态下检测COMs，有助于评估恒星形成初期周围物质的化学演化程度。特别值得注意的是，这些分子出现在金属丰度较低、紫外辐射较强的大麦哲伦云环境中，与银河系条件存在显著差异。

金属丰度（氢氦以外重元素含量）的差异可能影响COMs的丰度，而更强的紫外辐射则可能改变化学反应速率。观测数据显示，除乙酸外，ST6周围所有已测COMs相对于水冰的丰度均低于银河系原恒星的测量值，这与低金属丰度的预期一致。但乙酸冰的异常高丰度，很可能是源于大麦哲伦云更强的紫外辐射通量。

在ST6光谱的14条未识别吸收线中，可能存在乙醇醛——这种分子是构成核糖（RNA重要组分）的化学前体。塞维乌解释："我们发现某些未确认吸收特征可能与乙醇醛相关，但需要更多实验室光谱数据验证。"她强调，天体光谱必须与实验室标准光谱比对，才能确定吸收线对应的分子种类。

随着原恒星演化升温，周围尘埃颗粒的冰层将逐步升华，COMs进入气相后会发生更丰富的化学反应。这些反应由原恒星及其环境的紫外辐射驱动，可能生成丙醇、丙醛甚至氨基酸等更大分子。虽然目前未在ST6中检测到这些物质，但太阳系彗星和陨石中发现的氨基酸表明，它们可能由类似ST6周围的COMs通过化学反应演化而来。

这项研究成果已于10月20日发表于《天文学与天体物理学快报》。研究不仅深化了对恒星形成初期化学过程的理解，也为探索宇宙早期有机化学演化提供了重要线索，特别是关于生命基本构建单元在宇宙中最早可能形成的时间节点。