江苏
甲醇（CH₃OH）是最简单的有机醇，在星际空间中复杂有机分子的形成过程中发挥着关键作用。
最近，一个国际天文学研究团队利用阿塔卡马大型毫米波／亚毫米波阵列（ALMA），首次在太空中探测到了全氘代甲醇（CD₃OD），这种分子中的四个氢原子全部被氢的同位素——氘所取代。更令人意外的是，这种分子的丰度竟然比现有化学模型的预测高出约100倍。
寻找氘代分子
氘代分子为研究恒星形成早期的化学过程提供了重要线索。氘是氢的一种稳定同位素，其原子核除了一个质子，还包含一个中子，因此质量约为普通氢的两倍。氘代分子只能在极其寒冷的条件下形成，而这样的环境正是恒星形成早期的典型特征。
因此，研究分子的氘化程度，可以帮助天文学家追踪分子在恒星和行星形成过程中的化学演化，进而有助于理解其中的化学过程，并最终揭示分子的复杂性是如何从星际分子云传递到行星系统中的。
甲醇是这类研究的核心对象：从含有普通氢原子的常见甲醇，到较为罕见的单氘代和多氘代甲醇，再到全氘代甲醇。然而，迄今为止，对这一系列分子的观测仍存在空白。
为了系统研究年轻恒星周围的复杂有机分子，研究团队开展了名为COMPASS的大型观测项目。研究人员利用ALMA，对11个处于早期形成阶段的、类似太阳的原恒星进行了超过100小时的观测。他们借助不同分子特有的光谱信号，识别并比较它们的化学组成，系统地记录了这些天体周围的化学组成清单。
超出预测100倍
在这11个观测目标中，有一个是位于英仙座分子云、距离地球约1000光年的原恒星IRAS4A2。
通过分析其周围气体的光谱，研究人员首次探测到了全氘代甲醇明确的特征信号。这不仅是这种分子首次在太空中被发现，也是天文学家首次在星际空间中探测到一种四重氘代分子。
研究团队还测定了不同氘代形式甲醇的丰度。然而，当他们将观测结果与现有化学模型进行比较时，却发现了一个令人意外的结果：全氘代甲醇的丰度竟然比理论预测高出约100倍。
目前，没有任何现有模型能够解释如此高的丰度。这意味着，研究人员对甲醇如何在寒冷的星际环境中形成、以及氢原子如何被氘取代的理解，可能仍然缺少某个重要的化学过程。
此外，IRAS4A2的观测数据中还有更多值得探索的发现：研究人员发现了一些尚未识别的谱线。鉴于已经探测到CD₃OD，天文学家推测，其中一些谱线可能来自另外两种多氘代甲醇，即CH₂DOD和CHD₂OD。不过，要最终确认这些分子的存在，仍然需要相关的实验室光谱数据。
仅仅是个开始
全氘代甲醇的发现，只是COMPASS项目首批研究成果之一。除这项研究外，另外6项研究成果也已同期发表，共同揭示了年轻恒星周围复杂有机分子的多样性。这些发现表明，大规模光谱巡天正在为探索星际空间中罕见、甚至此前从未被观测到的化学现象提供新的机会。
但这些成果仅仅是一个开始。目前，研究人员正在开展系统性的实验室研究，测定包括CH₂DOD和CHD₂OD在内的其他氘代甲醇的光谱特征，以进一步识别观测数据中尚未确认的分子，并结合理论模型，更深入地理解这些复杂分子的形成过程。
与此同时，研究团队还将继续分析COMPASS项目的完整数据集，系统比较11个原恒星中的分子组成，试图回答一个更根本的问题：不同原恒星之间的化学差异，究竟源于它们诞生时所处的环境，还是恒星形成过程中的化学演化？
#参考来源：
https://www.mpg.de/26834976/first-detection-of-heavy-methanol-in-space
https://public.nrao.edu/news/cosmic-cocktail-alma-compass/
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558725
#图片来源：
封面及首图素材：Ekaterina Moerova/MPIfR、NASA、CXC、SSC、NOAO、DSS、https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Methanol=3D-Conformer
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