詹姆斯·韦布望远镜在银河系外发现复杂有机化学环境

英国牛津大学与西班牙天体生物学中心（CAB）牵头的一项最新研究显示，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）在一座被尘埃严重遮蔽的红外亮星系核中，探测到远超理论预期的丰富小分子有机化合物，揭示出一种此前从未在银河系外直接确认过的复杂有机化学环境。

研究人员指出，高能宇宙射线可能正在该星系深处不断轰击富碳尘粒和多环芳香烃（PAHs），将其打碎并源源不断地产生较小的有机分子，使这些被深度埋藏的星系核成为宇宙中强有力的“有机分子生产中心”。

这项研究以超亮红外星系 IRAS 07251–0248 为目标。该星系的中心区域被极其致密的气体与尘埃包裹，以至于其中心超大质量黑洞及周围活动在可见光波段几乎完全被遮挡，常规望远镜难以窥探其内部情况。然而红外波段的光可以穿透尘埃，詹姆斯·韦布望远镜利用这一优势，对其埋藏星系核进行了深入观测，从而得以判定在这一极端环境中究竟占主导地位的是何种化学过程。

研究团队利用 JWST 的近红外和中红外光谱数据，对波长 3–28 微米范围内的辐射进行了精细分析，结合 NIRSpec 和中红外仪器获得的谱线，识别出了气相分子、冰态包裹物以及尘埃颗粒的特征“指纹”。通过对这些光谱特征的建模，科学家得以推算出星系核中多种化合物的丰度和温度分布，绘制出一幅前所未有的“化学结构图”。

结果显示，该埋藏星系核内部存在种类异常丰富的小分子有机物，包括苯（C₆H₆）、甲烷（CH₄）、乙炔（C₂H₂）、二乙炔（C₄H₂）和三乙炔（C₆H₂）等一系列含碳氢分子。团队还首次在银河系外直接探测到甲基自由基（CH₃），这一发现进一步凸显了该区域有机化学网络的复杂程度。除气相分子外，观测还揭示出大量固态物质的存在，包括富碳尘粒和水冰等，为解释碳元素的来源提供了重要线索。

论文第一作者、曾在牛津大学工作、目前就职于天体生物学中心的伊斯梅尔·加西亚‑贝尔内特表示，观测到的小分子有机物丰度远高于现有理论模型的预期，暗示星系核中必须存在一个持续不断的碳源，驱动着这张复杂而高效的化学网络。团队的分析显示，仅靠高温或湍流并不足以解释这种化学富集现象，更合理的解释是高能宇宙射线在其中扮演了关键角色。

借助牛津团队开发的多环芳香烃理论模型和分析方法，研究人员发现，这些极端星系核中充斥着的宇宙射线，会频繁撞击 PAHs 和富碳尘粒，将原本更大的碳基结构击碎，释放出大量较小的有机分子进入气体之中。在多座类似星系中，研究还发现烃类分子丰度与宇宙射线电离水平之间存在显著相关性，这一统计证据进一步支持了“宇宙射线驱动的有机化学工厂”这一图景。

虽然此次探测到的小分子有机物本身并不构成生命，但它们被认为是更高阶“前生物化学”的关键原料之一。合著作者、牛津大学物理系教授迪米特拉·里戈普卢指出，这类小分子虽不会直接出现在活细胞中，但可能在形成氨基酸、核苷酸等生命基础分子之前发挥重要作用，代表着由无机物走向复杂有机体系的关键中间环节。

研究人员据此提出，像 IRAS 07251–0248 这样被厚厚尘埃掩埋的星系核，很可能在宇宙化学演化中扮演着远比此前认识更为重要的角色。它们不仅是恒星与黑洞剧烈活动的能量中心，也可能是大规模有机分子合成与加工的“车间”，持续向星系内部甚至更广阔的星际空间输送多种有机化合物，从而影响整个星系的化学组成与演化轨迹。

这项工作展示了詹姆斯·韦布空间望远镜在探测极端环境下化学过程方面的独特能力，使科学家得以首次系统地审视此前几乎完全不可见的埋藏星系核化学活动。相关成果已发表于 2026 年 2 月 6 日的《自然·天文学》杂志，论文题为《埋藏星系核中丰富的烃类及碳质尘粒与多环芳香烃加工迹象》，进一步为理解碳与复杂有机分子在宇宙中如何生成和演化提供了关键观测证据。