天體物理學家在形成行星的星際塵雲之間找到可形成生命的有機分子結構單元

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著手於繪製宇宙間生命的結構單元分布的天體物理學家,已在註定會成為未來的恆星系統的塵雲之間,找到潛伏其間的前驅物分子。這個發現暗示著地球可能終究不是那麼特別。畢竟,在外頭的許多其他世界都可能有同樣的管道,來獲取我們所擁有的、能形成生命的化合物。

形成生命的關鍵

英國里兹大學(University of Leeds)中進行此研究的天體化學家凱薩琳·沃許博士(Catherine Walsh)說:「這個研究的關鍵結果顯示說,需要用來在地球上發展出生命的相同成分亦能在其他恆星附近被找到。很有可能,需要在行星上開啟生命的分子,在所有形成行星的環境中都很容易獲得。」

就其所有燦爛的多樣性而言,地球上所有的生命都是由相同的混合配方所打造的,而此混合配方是由常溫水中的有機分子與礦物質所組成的。

超過半個世紀以來,研究人員一直忙於尋找一個謎題的解答,此謎題就是這個以碳為主體的化學湯底,到底是如何從一些包含氫與氮的少量元素中所成形的。

最近的發現顯示,地球原始的生物化學可能是由恆星之間的化學過程所開始的,甚至是超出恆星之間的化學過程,這使得說,推測整個銀河系中生命應該是很普遍的變得太過於誘人了。

但是,根據帶領此研究的、里兹大學的天體物理學家約翰·埃里博士(John Ilee)所述:「許多我們發現這些複雜有機分子的環境,都與我們認為行星形成的地點與時間上相差甚遠。我們想要了解更多關於這些分子實際上到底存在於行星誕生之處,即原行星盤(protoplanetary disk)的何處,以及存在有多少的量。」

觀察目標

埃里博士領導了來自全球的天體物理學家團隊,來繪製在遙遠的塵雲及岩石之間,一些生物化學上的主要前驅物的位置,而這些塵雲與岩石最終會形成為嶄新的恆星系統。這是其中一項「說比做還容易」的任務,不僅要找到不會到太遠而能夠分析的原行星盤以外,它們還須傾斜特定的角度,如此一來整個旋轉材料的盤才能夠被最完整地被觀察。

藉由使用位於智利北部的阿塔卡瑪沙漠(Atacama Desert)中的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA),埃里博士與他的團隊聚集了來自數個原行星盤的光,藉此尋找多種有機分子的波譜特性(spectral signature)。

在一項研究中,研究人員研究了兩種重要有機化合物的比例,氰化物(cyanide)與氰化氫(hydrogen cyanide)。諷刺地是,對於一種如此毒的物質而言,氰化氫卻被認為是在形成生命的化學中,作為碳與氮的原始來源。藉由測量新誕生恆星周圍的材料雲霧中氰化氫的濃度,可以幫助科學家更佳了解恆星輻射間的相互作用,以及這種可能很重要材料的分布。

隨著複雜的程度向上,科學家們亦繪製了五個原行星盤中,三種體積更大的分子的分佈圖。這些化合物,也就是氰基乙炔(cyanoacetylene,HC3N)、乙腈(acetonitrile,CH3CN)以及環丙烯亞基(cyclopropenylidene,c-C3H2),過去都有在我們的太陽系中被發現,也有出現在更遙遠的原行星盤中。

繪製出這些化合物的密度以及分布能夠讓我們有自信地說,在新興恆星系統中的有機材料貯存庫與我們自己的太陽系的有機材料庫或多或少相當相似。

宇宙生命的可能性

這些特別的前驅分子的波譜指紋暗示著,它們傾向集中於原行星盤的內部區域中。而且,它們的量比起目前模型預測的量還要高達 100 倍。換句話說,以地球上少量的水來創造生命的那些有機塵土混合物並不是真的那麼的特別。

當然,要讓生命能夠繁榮,所需的比肥沃的土壤還要更多。某種液態的溶劑也會有幫助,例如水。同樣地,從附近狂暴的恆星吹來的熾熱輻射若暫停一下也會有幫助。

但是,考慮到單單在我們的銀河系中,就有多少顆恆星可能孕育著具有促進化學進化所需的良性條件的行星,知道它們的泥漿可能具有所有所需的結構單元,讓生命有很大的機會開始產生,光這一點就令人感到欣慰。

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參考資料:

  1. McRae, M., (2021, September 17). Building Blocks for Life Have Been Found Within Planet-Forming Dust Clouds. ScienceAlert

  2. Ilee, J. D. et al., (2021, September 15). Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). IX. Distribution and Properties of the Large Organic Molecules HC3N, CH3CN, and c-C3H2. Cornell University. arXiv:2109.06319v2

  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/building-blocks-for-life-has-been-mapped-in-the-dust-destined-to-give-birth-to-new-worlds(圖:M.Weiss/Center for Astrophysics/Harvard & Smithsonian)