韦伯望远镜确认银河系外存在甲基自由基

詹姆斯·韦布空间望远镜 (JWST) 已正式确认首次在银河系外探测到甲基自由基 (CH₃)，这标志着河外化学研究的一个重要里程碑。在 2026 年 2 月 6 日发表于《自然·天文学》 (Nature Astronomy) 的一项研究中，研究人员在邻近的超亮红外星系 IRAS 07251–0248 深受遮蔽的星系核内，识别出了这种至关重要的分子，以及“前所未有丰富”的有机化合物。这项发现由天体生物学中心 (CAB)、CSIC-INTA 领导，并得到牛津大学 (University of Oxford) 建模分析的支持，表明极端星系环境扮演着高效化学工厂的角色。

像 IRAS 07251–0248 这样的超亮红外星系是局部宇宙中能量最强、尘埃最多的环境。它们的中心区域通常被稠密的化学气体和尘埃云所笼罩，阻挡了可见光，从而有效地隐藏了中心超大质量黑洞附近发生的化学过程。这项研究专门旨在穿透这些屏障，利用詹姆斯·韦布空间望远镜先进的红外探测能力，观测先前的天文台（如斯皮策空间望远镜）无法以如此高精度解析的“埋藏”化学成分。

本项研究是否确认了银河系外甲基自由基的探测？

是的，本研究确认了首次在银河系外探测到甲基自由基 (CH₃)，具体位于超亮红外星系 IRAS 07251–0248 的核心。利用詹姆斯·韦布空间望远镜的高分辨率光谱分析，研究人员识别出了这种具有高度反应性的分子，以及一系列复杂的碳氢化合物，包括苯、乙炔和三乙炔，证明了这些化学前体在极端的河外环境中大量存在。

甲基自由基的识别具有特别重要的意义，因为它是形成更大、更复杂有机分子的关键中间体。据该研究的第一作者、曾任职于牛津大学、现供职于 CAB 的 Dr. Ismael García Bernete 称，发现的丰度远高于目前的理论模型预测。这种差异表明，这些星系核中存在持续的碳源，可能是由较大含碳物质的碎片化驱动的。CH₃ 在这种动荡环境中的存在，为理解碳化学在强烈辐射和引力作用下如何演化提供了新的基准。

詹姆斯·韦布空间望远镜是如何揭示被遮蔽星系核中的有机分子的？

詹姆斯·韦布空间望远镜通过使用其中红外仪器 (MIRI) 和近红外光谱仪 (NIRSpec) 捕捉 3–28 微米波长范围内的光线来揭示有机分子。 这些红外波长可以穿透散射可见光的致密尘埃云，使望远镜能够探测到隐藏在星系核心深处的气相分子、冰和固体含碳颗粒的独特“指纹”或光谱特征。

这个国际团队采用的方法包括结合来自 NIRSpec（近红外光谱仪）和 MIRI 的数据，以表征化学物质的温度和丰度。通过分析 3–28 微米范围内的吸收和发射谱线，研究人员可以区分不同的物质状态，例如水冰和含碳尘埃颗粒。这种复杂的建模方法部分由牛津大学开发，使团队能够隔离宇宙射线的影响。他们发现，这些高能粒子可能是导致多环芳烃 (PAHs) 破碎的原因，从而将较小的有机分子释放到可以被探测到的气相中。

该研究强调了宇宙射线电离强度与碳氢化合物丰度之间存在明显的正相关。在这些致密的、被遮蔽的核心中，宇宙射线的浓度显著高于标准的星际空间。这种强辐射环境实际上起到了催化剂的作用，将较大的尘埃颗粒分解成詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的小型有机分子“工厂”。这一过程解释了为什么 IRAS 07251–0248 的化学丰富程度超过了更为宁静的星系。

这些有机分子是否与生命起源有关？

虽然苯和甲烷等小型有机分子本身不是生物性质的，但它们代表了前生命化学中至关重要的前体，这些前体是最终形成氨基酸和核苷酸所必需的。它们在遥远星系中的发现表明，生命的基本组成部分在整个宇宙中是普遍存在的，即使是在远离类地条件的最极端和“敌对”的环境中也是如此。

来自牛津大学物理系的 Professor Dimitra Rigopoulou 强调，虽然这些分子在活细胞中本身不存在，但它们是化学链条中至关重要的步骤。在数百万光年外的星系中探测到苯 (C₆H₆)、甲烷 (CH₄) 和丁二炔 (C₄H₂)，表明复杂生命所需的“化学工具包”并非银河系所独有。相反，这些分子在发光星系的核心进行加工和分布，可能为未来几代的恒星和行星系统播下有机物质的种子。

深空分子丰富性的意义

• 苯 (C₆H₆)： 一个稳定的碳原子环，是形成更复杂芳香族化合物的主要基石。
• 乙炔 (C₂H₂) 和聚乙炔： 这些分子具有高度反应性，对于太空中更大碳链的生长至关重要。
• 甲基自由基 (CH₃)： 一种关键的中间分子，促进了从简单碳原子到复杂碳氢化合物的转变。
• 含碳颗粒和冰： 这些固态材料作为化学反应发生的表面，受到保护免受最剧烈辐射的伤害。

这项研究的影响远超对单一星系的分类。通过展示詹姆斯·韦布空间望远镜绘制被遮蔽星系核有机存量的能力，该研究开启了天体生物学和天体化学的新纪元。科学家们现在可以开始调查在 IRAS 07251–0248 中发现的化学“工厂”是否是早期宇宙的标准特征，当时发光的、多尘的星系比今天普遍得多。

展望未来，研究团队计划将观测范围扩大到更广泛的红外发光星系样本。这将有助于确定有机分子的高丰度是遮蔽核心的普遍特性，还是 IRAS 07251–0248 的独特特征。随着詹姆斯·韦布空间望远镜继续执行任务，每一次新的光谱观测都让我们更接近于理解碳的生命周期以及生命基石在整个宇宙中的真实普遍性。