臺北市立天文科學教育館

碳元素是地球上生命的基本構成要素，也可能是宇宙中支持其他生命形式的基石之一。理論上星際空間中應有大量碳存在，但實際觀測卻顯示其總量低於天文學家的預期。此次在星際空間中第一次發現複雜有機分子「1-芘氰（1-cyanopyrene, C₁₇H₉N）」，挑戰了我們對碳在宇宙中分佈及其演化過程的認知。此發現已發表於《科學》期刊（Wenzel et al. 2024）。

1-芘氰是一種由多個苯環組成的有機分子，屬於多環芳香烴（PAHs）的一種。過去，天文學家認為多環芳香烴只能在高溫、能量豐富的環境下生成，如老年恆星周圍。在地球上，多環芳香烴存在於化石燃料中，或是燒烤食品的焦痕中。這次新觀測到的1-芘氰分子位於「金牛座分子雲-1」內部，這是一片寒冷的星際雲，溫度僅約10K（-263攝氏度），尚未開始形成恆星。

圖說：1-芘氰（1-cyanopyrene, C₁₇H₉N）的化學結構圖。

金牛座分子雲-1就像是天然的實驗室，有著大量構成恆星和行星基本成分的分子。透過美國國家電波天文臺的綠岸望遠鏡（Green Bank Telescope），天文學家在其中確認了許多多環芳香烴分子，其中1-芘氰是目前在金牛座分子雲-1中發現的最大分子，這一發現拓展了我們對星際分子複雜性的理解，也為未來探索更大、更複雜的有機分子奠定了基礎。

圖說：綠岸望遠鏡。

多環芳香烴被認為是許多天文觀測中中紅外線的來源，這些分子吸收恆星紫外線後放出中紅外線，其強度可以用來推算多環芳香烴在星際介質中的碳含量比例。此外，多環芳香烴在地球附近的太空中也被發現。例如去年12月，一組研究人員在取自小行星的樣本中發現了多環芳香烴，其中不僅含有芘，還有同樣在金牛座分子雲-1中觀測到的萘。

根據分析，研究人員確定這些多環芳香烴是在極低溫下生成的，顯示它們可能早在太陽形成之前便已經在像金牛座分子雲-1這樣的冷暗氣體雲中出現。這彷彿是一段分子起源的化學考古記錄，金牛座分子雲-1中的化學過程也預示未來行星系統的最初化學特徵。

研究團隊將繼續在金牛座分子雲-1中搜尋其他多環芳香烴，以全面描繪該區域的分子組成。此發現不僅挑戰了傳統的多環芳香烴生成理論，也對天文化學的研究有重要意涵。多環芳香烴被認為與生命起源有高度關聯的分子。未來，有關多環芳香烴的研究將進一步幫助我們理解宇宙中生命起源的條件。

（編譯 / 段皓元）

資料來源：NRAO