在邻近一个被浓密气体和尘埃云层包裹的星系深处，天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜意外发现了一个丰富的有机分子宝藏。研究人员透过红外光穿透这层宇宙面纱，探测到大量碳基化合物——包括苯、甲烷，甚至还有此前从未在银河系外发现过的高度活跃的甲基自由基。
该研究的核心是IRAS 07251-0248，一个其中心区域被厚厚的气体与尘埃层所掩埋的超亮红外星系。这些致密物质阻挡了来自其中心超大质量黑洞的大部分辐射，使得该区域几乎无法用传统望远镜进行研究。然而，红外光能够穿透尘埃，使科学家得以研究这个 shrouded 星系核内部发生的化学活动。
JWST 仪器探测多尘的星系核心
为了研究该星系隐藏的中心，研究人员使用了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）覆盖3至28微米波长的光谱数据。他们结合了来自近红外光谱仪（NIRSpec）和中红外仪器（MIRI）的测量结果，这些仪器能够检测气态分子的化学指纹，以及来自冰冻冰晶和尘埃颗粒的信号。利用这些详细信息，研究团队测量了星系核中多种不同化合物的丰度和温度。
数据揭示了一个种类异常繁多的小型有机分子集合。其中包括苯 (C6H6)、甲烷 (CH4)、乙炔 (C2H2)、丁二炔 (C4H2) 和己三炔 (C6H2)。研究人员还识别出了甲基自由基 (CH3)，这标志着该分子首次在银河系外被探测到。除了气态化合物外，研究团队还发现了大量的固态物质，包括富碳颗粒和水冰。
"我们发现了意想不到的化学复杂性，其丰度远高于当前理论模型的预测，" 主要作者、曾任教于牛津大学、现为西班牙天体生物学中心（CAB）研究员的伊斯梅尔·加西亚·贝尔内特博士解释道。"这表明在这些星系核中必定存在一个持续的碳源，为这个丰富的化学网络提供燃料。"
这些小型有机化合物被认为是更高级化学过程中的关键成分。虽然它们本身并非活细胞的组成部分，但它们可能代表了最终产生氨基酸和核苷酸的反应链中的早期步骤。合著者、牛津大学物理系的迪米特拉·里戈普卢教授补充道："尽管小型有机分子不存在于活细胞中，但它们可能在生命起源前的化学过程中扮演至关重要的角色，代表着向形成氨基酸和核苷酸迈进的重要一步。"
宇宙射线可能驱动有机分子形成
利用牛津团队开发的分析方法和理论多环芳香烃模型，研究人员确定仅凭高温和湍流气体无法解释观测到的化学丰富性。相反，证据指向宇宙射线是一个关键因素。这些高能粒子似乎会击碎多环芳香烃和富碳尘埃颗粒，将较小的小型有机分子释放到周围的气体中。
该研究还发现，在可类比的星系中，碳氢化合物的含量与宇宙射线电离强度之间存在密切关联。这种联系加强了宇宙射线在产生这些分子过程中发挥核心作用的观点。因此，深埋的星系核可能充当着大规模化工厂的角色，影响着星系随时间的化学演化。
总的来说，这些发现为研究有机分子在极端太空环境中如何形成和转化开辟了新的机会。它们也突显了 JWST 揭示宇宙中先前隐藏区域的能力。
除了西班牙天体生物学中心（CAB），以下机构也对这项工作做出了贡献：西班牙国家研究委员会基础物理研究所（Instituto de Física Fundamental, CSIC；M. Pereira-Santaella, M. Agúndez, G. Speranza）、阿尔卡拉大学（E. González-Alfonso）以及牛津大学（D. Rigopoulou, F.R. Donnan, N. Thatte）。
该项目由马德里自治区和西班牙国家航空航天技术研究所（INTA）通过"Investigador 'César Nombela'人才吸引计划"（拨款号 2023-T1/TEC-29030）资助。