復雜有機分子現身外太空:人類或許并不孤獨

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天文學家首次在一顆年輕恒星的原行星盤(protoplanetary)中,發現了復雜的有機分子,論證了生命基本組件在宇宙中的普遍存在性。

  


該研究使用的是阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA),其結果再次向我們暗示,地球并非宇宙中獨一無二的生命圣地。研究結果于2015年4月9日發布在《自然》(Nature)雜志上。


憑借著超高的分辨率,ALMA射電望遠鏡發現,在一顆名為MWC 480的恒星周圍環繞著原行星盤,而其中充斥著巨量的有機化合物——甲基氰(CH3CN)。據估測,這種復雜有機分子的總量與地球上的海水總量相當。值得一提的是,天文學家是在該恒星吸積盤外圍區域中不僅發現了甲基氰,還有其同類化合物氰化氫(HCN),該區域與太陽系海王星軌道之外的柯伊伯帶(Kuiper Belt)有著許多相似之處,也是一條大量分布著彗星和冰質星子(icy planetesimals)的環帶狀區域。


在傳統天文學的觀點中,彗星如同時間膠囊,其中含有太陽系早期的原始化學成分,能夠揭露行星形成之初時的秘密。來自于外太陽系的彗星與小行星一度被認為是播種者,它們為地球帶來了水源與有機分子,為初原生命體點亮黎明的曙光。


“通過研究太陽系小天體,我們確信在環繞太陽與行星的原始星云中,水與復雜有機分子隨處可見。”Karin Öberg說道,Öberg是劍橋-哈佛天體物理學史密森中心(Harvard-Smithsonian Center)的一名天文學家,也是該論文的第一作者。


有趣的是,在恒星MWC 480吸積盤中發現的有機分子的比例與太陽系小天體上的比例驚人的一致,而這成了問題的關鍵。“現在,我們有理由相信,在宇宙中,其他的類太陽系里存在有與太陽系相似的化學成分。”Öberg繼續說道。


恒星MWC 480質量約為太陽的兩倍,位于距太陽系455光年外的金牛座恒星形成區。恒星MWC 480的吸積盤尚處于演化的早期階段,其不久前才與孕育它的冷暗星云融并在一起,混雜了大量的氣體與塵埃。在吸積盤中,ALMA和其他望遠鏡還沒發現有行星形成的跡象。不過,更高分辨率的觀測可能會顯示該恒星的吸積盤與年齡相當的金牛座HL的吸積盤結構相似,也存在行星正在形成的跡象。


對冷暗的星際云,天文學家已經有所了解,認為它們是復雜有機分子的高產工廠,包括一類熟為人知有機物——氰化物。宇宙中,最常見的氰化物是甲基氰,而最重要也正是它們內部的碳氮鍵,其對氨基酸的形成起著舉足輕重的作用,更是蛋白質與智慧生命體形成的大前提。


一直以來,天文學家心中有個有解不開的謎團:這般復雜的有機分子能否在類太陽系形成時的高能量環境中產生并存活,畢竟具有毀滅力的沖擊與輻射會破壞分子內部的化學鍵。


憑借ALMA無與倫比的靈敏度,天文學家得以從最新的觀測結果中找到答案:有機分子不僅能夠存活,而且紛繁旺盛。


重要的是,ALMA發現的有機分子總量比理論估算量多得多。這無疑透露出一個事實,原行星盤能夠高效地生產復雜形式的有機分子,在相對短的時間尺度內就能積累大量孕育生命的潛能。


隨著恒星系統的演化,有機分子會被妥善地保管在彗星核或者其他冰封的小天體中,等著有朝一日墜落在適合生命孕育的原生星球上。


“憑借對地外行星的研究,我們相信太陽系絕對不是唯一擁有行星環繞與水源富饒的地方,”Öberg補充說,“如今,有機化合物也不再是太陽系唯一擁有的東西了。宇宙在提醒我們,人類也許并不特殊,我們又能鼓起尋找外星友人的信心了。”(翻譯:劉澤宇  審稿:林然)

來源:環球科學



中科院物理所 2015-08-23 08:48:48

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