研究人员在太空中探测到一种新分子

麻省理工学院教授布雷特·麦奎尔（Brett McGuire）小组的新研究揭示了太空中存在一种以前未知的分子。该团队的开放获取论文“使用NGC 6334I的ALMA观测对2-甲氧基乙醇的旋转光谱和首次星际探测”发表在4月12日的 《天体物理学杂志快报》上。

Zachary T.P. Fried是McGuire小组的研究生，也是该出版物的主要作者，他致力于组装一个由从世界各地收集的碎片组成的拼图，从麻省理工学院延伸到法国，佛罗里达州，弗吉尼亚州和哥本哈根，以实现这一令人兴奋的发现。

“我们的小组试图了解恒星和太阳系最终形成的太空区域中存在哪些分子，”弗里德解释说。“这使我们能够将化学如何随着恒星和行星的形成过程而演变在一起。我们通过观察分子的旋转光谱来做到这一点，这些分子在太空中首尾相连时发出的独特光模式。这些图案是分子的指纹（条形码）。为了在太空中探测新分子，我们首先必须知道我们想要寻找什么分子，然后我们可以在地球上的实验室中记录它的光谱，最后我们用望远镜在太空中寻找那个光谱。

在太空中寻找分子

McGuire小组最近开始利用机器学习来建议要搜索的良好靶分子。2023 年，其中一个机器学习模型表明，研究人员瞄准了一种称为 2-甲氧基乙醇的分子。

“太空中有许多’甲氧基’分子，如二甲醚、甲氧基甲醇、乙基甲醚和甲酸甲酯，但2-甲氧基乙醇将是有史以来最大、最复杂的，”弗里德说。为了使用射电望远镜观测来探测这种分子，该小组首先需要测量和分析其在地球上的旋转光谱。研究人员结合了里尔大学（法国里尔）、佛罗里达新学院（佛罗里达州萨拉索塔）和麻省理工学院麦奎尔实验室的实验，在从微波到亚毫米波状态（约8至500千兆赫兹）的宽带区域测量了该频谱。

从这些测量中收集的数据允许使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）观测对两个独立的恒星形成区域进行搜索：NGC 6334I和IRAS 16293-2422B。McGuire小组的成员与国家射电天文台（弗吉尼亚州夏洛茨维尔）和丹麦哥本哈根大学的研究人员一起分析了这些望远镜观测结果。

“最终，我们观察到25条2-甲氧基乙醇的旋转线，这些线与观察到的NGC 6334I分子信号（条形码匹配！）一致，从而在该来源中安全检测到2-甲氧基乙醇，”Fried说。“这使我们能够推导出NGC 6334I分子的物理参数，例如其丰度和激发温度。它还能够研究已知星际前体可能的化学形成途径。

期待

像这样的分子发现有助于研究人员更好地了解恒星形成过程中太空中分子复杂性的发展。含有 13 个原子的 2-甲氧基乙醇对于星际标准来说是相当大的——截至 2021 年，只有 6 种大于 13 个原子的物种在太阳系外被检测到，其中许多是由麦奎尔的团队发现的，而且它们都以环状结构存在。

“对大分子的持续观察以及随后对其丰度的推导使我们能够提高对大分子形成效率以及它们可能产生的特定反应的了解，”弗里德说。“此外，由于我们在NGC 6334I中检测到这种分子，但在IRAS 16293-2422B中没有检测到这种分子，因此我们获得了一个独特的机会来研究这两种来源的不同物理条件如何影响可能发生的化学反应。