位於智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)結合全球天文及化學專家的專業知識,為理解有機分子如何在太空中形成開啟了新的窗口。有機分子是孕育行星、甚至可能孕育生命的原料。ALMA 的大型觀測計畫「以 ALMA 光譜巡天研究原恆星中的複雜有機分子(Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys (COMPASS) )」公布的新成果顯示,仍在形成中的年輕恆星周圍,存在一套精巧程度出乎意料的「有機化學入門套組」,其中的分子未來可能成為行星化學成分的一部分。這些發現讓天文學家對最年輕原恆星周圍的複雜化學反應有了全新的理解,也引出值得探究的問題:這些原料如何影響行星上的環境,以及生命在那裡起源的可能性?
為探索這些問題,研究團隊投入超過 100 小時的觀測時間,以前所未有的細緻程度,系統性地調查地球附近 11 顆年輕、類似太陽的恆星的化學組成。太空中的有機分子會在特定頻率發出輻射,形成可用來辨識分子的「光譜指紋」;就像不同樂器有各自的聲音特徵,不同分子也有各自的一組特徵頻率。藉由辨識這些訊號,研究團隊能判定各種化學物質在年輕恆星周圍的分布。這項計畫讓天文學家首次能夠系統性地比較來自不同環境、處於不同演化階段的原恆星,追查它們周圍的分子組合如何隨著誕生環境與成長階段而改變,進而理解化學複雜性如何在恆星形成過程中發展。
這波觀測成果中的多項亮點聚焦於甲醇。甲醇是最簡單的醇類,在形成更大的有機分子時扮演核心角色。研究發現,甲醇分子產生的天然電波訊號,在低質量原恆星周圍比先前認為的更普遍,顯示這類分子在小質量恆星演化早期就可能已廣泛存在。此外,團隊也首次在太空中偵測到完全「重化」的甲醇。這種罕見變體稱為全氘化甲醇(CD₃OD),其中所有氫原子都被一種較重的氫同位素「氘」取代。一般氫的原子核只有一個質子,氘的原子核則多了一個中子,因此質量較大。這次發現的 CD₃OD 位於年輕原恆星 IRAS 4A2 周圍。
這些發現僅是第一步。研究人員將持續分析完整的資料,涵蓋所有觀測目標中偵測到的有機分子種類,藉此釐清原恆星之間的化學組成差異,究竟源於它們誕生時的環境,還是恆星形成過程中的演化作用。隨著分析範圍擴大,預期將揭示通往行星形成的過程中,化學演變的全新面向,並為更宏大的問題提供線索:銀河系不同區域、恆星形成不同階段的化學組成,如何隨時間改變?透過調查年輕恆星周圍行星形成盤的早期化學特徵,天文學家也能追蹤有機分子與行星形成之間的關係。這類盤狀結構由氣體與塵埃組成,是日後行星可能誕生的場所。藉由這些探索,天文學家正逐步描繪複雜分子如何從星際雲進入新生的行星系統,最終成為可能與我們的世界相似的星球的一部分。







