【獨家】中國科學技術大學在復雜有機團簇分子的形成和演化研究取得新進展

【資料圖】

中國科學技術大學地球和空間科學學院的甄軍鋒、秦禮萍團隊在復雜有機團簇分子的形成和演化研究方面取得新進展。研究結(jié)果為星際大分子自下而上的生長過程中復雜有機化合物的形成提供了一條氣相生長的路徑，并為進一步深入了解它們在星際介質(zhì)中的化學演化行為提供了理論和實驗數(shù)據(jù)支持。研究成果于7月16日在國際學術期刊天文與天體物理學報*《Astronomy & Astrophysics》*上發(fā)表。

星際復雜有機分子被認為是更復雜的有機化合物的一部分，甚至是生命物質(zhì)的重要組成部分（見圖一）。有機分子已知存在于恒星形成區(qū)域和行星形成的原行星盤中。然而，氣相中的游離有機分子在紫外光照射下容易被破壞，單個紫外光子的能量就能夠解離這些分子。多環(huán)芳香烴化合物及其衍生物可能在復雜有機化合物的演化過程中發(fā)揮重要作用，大型的多環(huán)芳香烴化合物分子或團簇以及非常小的塵埃顆?？梢杂行У谋Ｗo這些氣相有機分子，避免其被紫外光解離破壞掉。

圖一.復雜有機分子在星際空間中的演化路徑

在這項工作中，研究團隊利用自主搭建的實驗儀器平臺研究有機分子-多環(huán)芳香烴團簇在離子-分子碰撞反應過程中的穩(wěn)定性和堆積形成的途徑：大質(zhì)量的多環(huán)芳香烴陽離子(二暈苯C48H20+)和有機分子(焦谷氨醇, C5H9NO2)作為反應物的形成和演化途徑（見圖二，實驗結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在Hu et al.Astronomy & Astrophysics, 2021, 656, A80）；對多環(huán)芳香烴有機分子團簇((C5H9NO2)1-6C48+, n=[1,6])的形成過程進行了一系列的理論計算（見圖三）。

圖二.實驗研究DC+與焦谷氨醇反應所得質(zhì)譜圖

圖三. 樹狀生長圖展示了(C5H9NO2)1-6C48+團簇分子的生長路徑

實驗及理論研究表明，復雜的有機分子或其他相關生命前分子可以有效地吸附在星際介質(zhì)中的小塵埃顆粒上。根據(jù)實驗及理論計算結(jié)果，在(C5H9NO2)1-6C48+, n=[0,5])和C5H9NO2 之間發(fā)生離子-分子反應，有大量反應途徑，會產(chǎn)生非常復雜的具有三維結(jié)構(gòu)的大質(zhì)量的分子團簇。這些分子團簇（石墨烯-有機分子團簇）為星際介質(zhì)中自下而上中的大型復雜生命前分子提供了可能的形成和化學進化途徑。離子-分子反應合成路線對研究星際化學至關重要，并表明氣相星際物質(zhì)在自下而上的生長過程中可以直接形成大型復雜的有機衍生物。這種有趣生命前分子團簇的產(chǎn)生為有機物分子在星際空間中的演化過程提供了更深入的理解。研究結(jié)果還表明，有機分子可以積聚在星際介質(zhì)中的小塵埃顆粒上（例如，大質(zhì)量的多環(huán)芳香烴或石墨烯），同時這一積聚過程也支持了生命前分子可以通過彗星、隕石或星際塵埃顆粒輸送到地球這一觀點。

標簽： 有機分子 星際介質(zhì) 自下而上