天文学家解释年轻恒星周围原行星盘中有机大分子的快速形成

由伯尔尼大学领导的国际研究小组利用基于观察的计算机建模，找到了大分子如何在年轻恒星周围的气体和尘埃盘中短时间内形成的解释。这些发现对于了解不同类型的系外行星和恒星周围的宜居性如何发展至关重要。

有机大分子被视为生命的组成部分，对地球上适宜生命的碳和氮组成至关重要。

行星科学家长期以来一直认为，使地球适合生命生存的有机大分子来自所谓的球粒陨石。球粒陨石是岩石构造块，地球大约在46亿年前由它们形成，我们今天称之为陨石。

球粒陨石在早期阶段是由围绕年轻恒星形成的原行星盘中尘埃和小颗粒的积累形成的。但到目前为止，问题一直是这些卵石聚集体中存在的大分子是如何形成的。

由尼尔斯·利格特林克(NielsLigterink)领导的研究人员现在在《自然天文学》杂志上发表的一项研究中对此进行了解释。

该研究的第一作者利格特林克曾在伯尔尼大学空间研究与行星科学部工作至2024年6月底，现在是代尔夫特理工大学的助理教授。

除尘器和辐射是关键要素

“大分子物质本身决定了地球的碳和氮成分，并为生命提供了条件，”利格特林克解释道。但到目前为止，尚不清楚这种大分子物质是在太空中的什么地方形成的。

在目前的研究中，由Ligterink组建的研究团队在其模型中结合了两种已知现象。第一种现象是，在围绕年轻恒星运行的尘埃盘中，存在尘埃和冰堆积的区域。

在这样的尘埃或冰陷阱中，冰尘埃并不是静止的，而是上下移动，并发生所谓的行星、行星的前身和构造块形成的重要机制。

第二种现象涉及简单冰混合物受到强烈辐射(例如恒星光)。实验室研究表明，辐射可以形成数百个原子大小的非常复杂的分子。这些分子主要含有碳原子，可以与黑烟和石墨烯进行比较。

研究人员假设，如果尘埃聚集体也暴露在强烈的星光下，有机大分子很可能在那里形成。为了验证他们的假设，研究人员建立了一个模型，使他们能够计算不同的条件。

大分子的形成速度惊人

该模型表明，在适当的条件下，大分子的形成确实可以在短短几十年内实现。首席研究员Ligterink表示：“我们当然已经预料到了这个结果，但结果如此明显还是令人惊喜。”

“我希望研究能够更多地关注重辐射对复杂化学过程的影响。大多数研究人员关注的是几十个原子大小的相对较小的有机分子，而行星的构成要素——球粒陨石，则大多含有较大的大分子。”

“我们现在可以使用基于观察的模型来解释大分子是如何形成的，这真是太酷了，”荷兰莱顿大学的共同作者NienkevanderMarel说。11年前，她和她的同事首次令人信服地证明了尘埃捕集器的存在。从那时起，她就一直对这个课题着迷。

“我们的研究是天体化学、射电望远镜天文台ALMA的观测、实验室工作、尘埃演化和太阳系陨石研究的独特结合。”

未来，研究人员计划研究不同类型的尘埃陷阱对辐射和移动尘埃流的不同反应。“这将帮助他们更多地了解不同类型的系外行星和恒星周围存在生命的可能性，”Ligterink总结道。