太空化學大突破！天文學家首度在星際雲層發現七環芳香烴分子

多環芳香烴(PAHs)被認為是宇宙中最豐富的有機分子，但其在星際介質中的生命週期仍充滿謎團。美國國家科學基金會(NSF)的綠堤望遠鏡(Green Bank Telescope)最近在金牛座分子雲(Taurus Molecular Cloud)中的TMC-1星際雲核內，首次偵測到氰基冠烯(C₂₄H₁₁CN)——這是目前為止在太空中發現的最大PAH分子。

這種由七個相互連線的苯環和一個氰基組成的分子，是在寒冷黑暗的TMC-1分子雲中被發現的。這個區域以其豐富的化學組成和孕育新恆星的特性而聞名。

氰基冠烯是冠烯的衍生物，後者常被視為典型緊湊型PAH的代表，因其穩定性和特殊結構而備受關注。

科學家推測，PAHs可能鎖住了宇宙中相當比例的碳元素，並在恆星和行星形成的化學過程中扮演關鍵角色。在此之前，太空觀測僅發現過較小的PAHs分子，這項新發現大幅重新整理了已知分子的尺寸紀錄。

「每次新發現都讓我們更接近理解宇宙中複雜有機化學的起源——或許也包括生命基本組成單元的起源。」麻省理工學院暨哈佛-史密松天體物理中心的Gabi Wenzel博士如此表示。

研究團隊首先在實驗室中合成氰基冠烯，並利用先進光譜技術測量其獨特的微波光譜。憑藉這些分子指紋資料，天文學家從綠堤望遠鏡的觀測資料中尋找這種分子的蹤跡——該望遠鏡正是GOTHAM計畫(針對TMC-1的芳香烴分子搜尋計畫)的主要儀器。

他們發現了多條氰基冠烯的特徵譜線，確認其存在的統計顯著性高達17.3 sigma，這在天文觀測中是相當重要的發現。

氰基冠烯目前是星際空間中確認的最大PAH分子，其核心結構含有24個碳原子(不包含氰基)。令人意外的是，其含量與先前發現的較小PAHs相當，這顛覆了科學家認為較大分子在太空中應該更稀有的預期，暗示宇宙中可能存在更多複雜的芳香烴分子。

「這些穩定大型PAHs的存在支援了一個重要觀點：這些分子可能是碳元素的主要儲存庫，可能為新行星系統提供生命所需的原料。」研究人員解釋道。

量子化學分析顯示，氰基冠烯可以在太空低溫環境中，透過冠烯與CN自由基的反應有效形成。即使能量障礙較高，低溫下這個過程仍能順利進行。這意味著複雜有機物的化學合成，甚至在恆星誕生之前就可能發生了。

這項發現不僅為宇宙化學史寫下新篇章，也強化了PAH假說——認為這些分子應該對宇宙中普遍觀測到的神秘紅外輻射帶負責。同時，它也建立了星際雲層、隕石和小行星之間的化學連結，暗示太陽系中的有機分子可能早在太陽形成之前，就已在類似環境中孕育。

這項突破性研究成果已於6月11日在美國天文學會第246屆夏季會議上發表。

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Gabi Wenzel & GOTHAM合作團隊. 2025. 在TMC-1觀測中發現七環PAH分子氰基冠烯(C₂₄H₁₁CN). AAS246, 摘要編號75