作者:麻省理工学院莎拉·麦克唐纳 金牛座分子云包含冷无星核心TMC-1，是从弗吉尼亚州夏洛茨维尔看到的昴宿星团附近天空中的一条暗条纹
信用:布雷特A
麦奎尔，版权所有2018 太空中的大部分碳被认为是以被称为多环芳烃的大分子形式存在的
自20世纪80年代以来，间接证据表明这些分子在太空中很丰富，但它们并没有被直接观察到
现在，由麻省理工学院助理教授布雷特·麦奎尔领导的一个研究小组已经在一片名为金牛座分子云(TMC-1)的空间中发现了两种独特的多环芳烃
多环芳烃被认为只有在高温下才能有效形成——在地球上，它们作为燃烧化石燃料的副产品出现，它们也存在于烧烤食物的烧焦痕迹中
但是研究小组观察到的星际云还没有开始形成恒星，温度大约比绝对零度高10度
研究人员说，这一发现表明，这些分子可以在比预期低得多的温度下形成，这可能会导致科学家重新思考他们对多环芳烃化学在恒星和行星形成中的作用的假设
这项新研究的资深作者麦奎尔说:“检测之所以如此重要，是因为我们不仅证实了一个酝酿了30年的假设，而且现在我们可以观察这一来源中的所有其他分子，并询问它们是如何反应形成我们看到的多环芳烃的，我们看到的多环芳烃可能如何与其他物质反应形成更大的分子，以及这对我们理解非常大的碳分子在形成行星和恒星中的作用有什么影响。”
哈佛-史密森尼天体物理中心副主任迈克尔·麦卡锡是这项研究的另一位资深作者，这项研究发表在今天的《科学》杂志上
研究小组还包括来自其他几个机构的科学家，包括弗吉尼亚大学、国家射电天文台和美国宇航局戈达德太空飞行中心
独特的信号 从20世纪80年代开始，天文学家使用望远镜探测红外信号，表明芳香分子的存在，芳香分子通常包括一个或多个碳环
据信，太空中约10%至25%的碳存在于多环芳烃中，多环芳烃至少含有两个碳环，但红外信号不够清晰，无法识别特定分子
麦奎尔说:“这意味着我们无法深入探究这些物质是如何形成的详细化学机制，它们是如何相互反应或与其他分子反应的，它们是如何被破坏的，以及在恒星、行星和最终生命形成过程中的整个碳循环。”
尽管自20世纪60年代以来，射电天文学一直是太空中分子发现的主力，但强大到足以探测这些大分子的射电望远镜才出现了十多年
这些望远镜可以获取分子的旋转光谱，这是分子在太空中翻滚时发出的独特的光模式
然后，研究人员可以尝试将在太空中观察到的模式与他们在地球实验室中从相同分子中看到的模式相匹配
位于西弗吉尼亚州格林班克的100米格林班克望远镜
信用:布雷特A
麦奎尔，版权所有2018 “一旦你有了这种模式匹配，你就知道没有其他的分子能够给出准确的光谱
麦奎尔说:“线条的强度和图案不同部分的相对强度告诉你分子有多少，分子有多暖或多冷。”
麦奎尔和他的同事已经研究TMC-1好几年了，因为以前的观察显示它富含复杂的碳分子
几年前，研究小组的一名成员观察到云含有苯甲腈——一种连接在腈(碳氮)基团上的六碳环
研究人员随后使用世界上最大的可操纵射电望远镜——格林班克望远镜，来确认苄腈的存在
在他们的数据中，他们还发现了另外两种分子的特征——这项研究中报告的多环芳烃
这些分子被称为1-氰基萘和2-氰基萘，由两个稠合在一起的苯环组成，一个环上连有一个腈基
“探测这些分子是天体化学的一大飞跃
该研究的作者之一、麻省理工学院博士后开尔文·李(Kelvin Lee)说:“我们开始将已知存在于太空中的小分子(如苄腈)与天体物理学中非常重要的整体多环芳烃联系起来。”
在寒冷、无星的TMC-1中发现这些分子表明，多环芳烃不仅仅是垂死恒星的副产品，还可能由更小的分子组装而成
“在我们发现它们的地方，没有星星，所以要么它们在原地被建造，要么它们是死去的星星的残迹，”麦奎尔说
“我们认为这可能是两者的结合——证据表明，它既不是一种途径，也不是唯一的另一种途径
这是新的和有趣的，因为以前真的没有任何观察证据支持这种自下而上的途径
" 在一系列的九篇论文中，来自高谭市-格林班克望远镜观测TMC-1:寻找芳香分子项目的科学家描述了在金牛座分子云中检测到超过一百个多环芳烃
这些在星际介质中从未被探测到的复杂分子，让科学家们能够更好地理解恒星、行星和其他天体的形成
在这位艺术家的构思中，一些检测到的分子从左到右包括:1-氰基萘、1-氰基环戊二烯、HC11N、2-氰基萘、乙烯基氰基乙炔、2-氰基环戊二烯、苯甲腈、反式-(E)-氰基乙烯基乙炔、HC4NC和炔丙基氰等
信用:M
韦斯/天体物理中心|哈佛& amp史密森尼 碳化学 麦奎尔说，碳在行星的形成中起着至关重要的作用，所以多环芳烃甚至可能存在于太空中没有星星的寒冷区域的说法，可能会促使科学家们重新思考他们关于行星形成过程中有哪些化学物质的理论
当多环芳烃与其他分子反应时，它们可能开始形成星际尘埃颗粒，这是小行星和行星的种子
“我们需要完全重新思考我们的化学进化模型，从这些无星核开始，包括它们正在形成这些大芳香分子的事实，”他说
麦奎尔和他的同事现在计划进一步研究这些多环芳烃是如何形成的，以及它们在太空中可能会发生什么样的反应
他们还计划用强大的格林班克望远镜继续扫描TMC-1
一旦他们从星际云上获得了这些观察结果，研究人员就可以通过将两个分子放入一个反应器中，用千伏电压对它们进行轰击，将它们分解成小块，然后让它们重新结合，从而试图将他们找到的信号与他们在地球上产生的数据进行匹配
这可能导致数百种不同的分子，其中许多在地球上从未见过
“我们需要继续观察这个星际源中存在什么分子，因为我们对库存了解得越多，我们就越能开始尝试连接这个反应网络的各个部分，”麦奎尔说
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