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在鹰状星云中,恒星形成于高大的柱子和深色尘埃和冷分子气体的圆形小球中

图片来源:TA Rector&BA Wolpa,NOAO,AURA利兹大学的一组科学家发现化学反应一度被认为是由于一种叫做“量子隧道效应”的现象,在太空寒冷中“不可能”实际上会发生新的研究表明,先前认为在空间中“不可能”的化学反应实际上是“充满活力”,这一发现可能最终发生变化我们对太空中酒精是如何形成和破坏的理解 - 这也可能意味着像土星的月亮泰坦这样曾经被认为过于寒冷而无法生存的地方可能会有生化反应的捷径

英国利兹大学的一个团队重建了在实验室的空间寒冷的环境中观察到酒精甲醇和称为“羟基自由基”的氧化性化学物质在负值处的反应210摄氏度他们发现这些气体不仅会在如此寒冷的温度下产生甲氧基自由基反应,而且反应速度比室温快50倍

他们还发现这种反应速度比预期的要快,只能发生在空间中的气相,产物形成(CH3O) - 并且它只能通过他们称之为“量子隧道”的现象形成作为研究领导者,利兹大学化学学院大气化学教授Dwayne Heard解释说量子隧穿是一种“非经典现象”,这意味着OH与甲醇相互作用的波函数具有“超出屏障反应的非零概率”这意味着系统可以出现在'产品方面的反应,而不必“超过反应屏障的顶部”换句话说,隧道现象是基于量子力学的古怪规则,其中包含d粒子不倾向于定义状态,位置和速度,而是存在于概率的雾度中这意味着虽然给定的粒子可能很有可能位于障碍的一侧,但仍然存在非常小的它实际上被发现在它的另一边的可能性 - 实际上允许它偶尔“隧道”通过一堵墙,否则将是难以穿透的艺术家对Ganesa Macula的印象,土星卫星土卫山上的一座山被认为是“冰火山” “周期性地bel”含有液态水的熔岩“这种水可能与土卫六大气中的有机化合物发生反应,产生类似于早期地球上的复杂分子

信用:迈克尔卡罗尔”随着温度降低,化学反应变慢,因为能量减少克服“反应障碍”但是量子力学告诉我们,有可能欺骗和挖掘这个障碍,而不是越过它这就是召唤简单地说,Heard Put说,研究表明有机化学可以在太空中发生,这里将醇转化为烷氧基 - 然后可以继续形成羰基,如甲醛

所以我们表明,尽管空间寒冷,但是一个功能组可以转换成另一个功能组因为太冷而在太空中打折的反应现在可能会发生 - 由于隧道效应,“他补充说,该研究总结在最近的自然化学论文“隧道效应促进了星际温度下羟基自由基与甲醇反应中的加速化学反应”,也表明这种量子隧穿反应可以在各种环境中发生,包括冷行星气氛,恒星形成区域,恒星流出和星际环流

信封'关键的星际分子'评论研究结果,Robin T Garrod博士,高级研究员康奈尔大学放射物理与空间研究中心表示,甲醇(CH3OH)是一种“关键的星际分子”,对于星际和恒星形成环境中的复杂有机化学至关重要“它可以作为各种更多的原料

在恒星形成过程中复杂的有机分子,提供了一个分子构建块,从中可以形成更复杂的结构 因此,了解它是如何被破坏的 - 以及它的残留分子结构是否以及如何传递到其破坏产物 - 对于我们理解从星际云到恒星和行星形成的化学复杂性的演变非常重要,“他解释说甲醇也是对科学家来说很有意思,因为它似乎没有自己的气相形成机制,尽管它在星际空间无处不在,他指出最近的化学动力学模型依赖于它在星际尘埃颗粒表面形成一氧化碳(CO) - 他说它已经通过星际云的红外(IR)吸收研究“大量检测”这些模型假设一小部分表面形成的甲醇升华到气相中,通过mm / sub检测到-mm发射光谱比10K左右的寒冷地区的谷物丰度低约一千倍“太空中甲醇的存在强调了星际介质中不同化学相 - 气相和表面化学 - 之间微妙的相互作用,“Garrod In Garrod认为,利兹大学的工作有几个含义最直接,他说它提供了一个'整洁的解释'最近检测到丰富的CH3O朝向物体B1-b(最近检测到的低质量原恒星)此外,他说,新工作显示出在星际低温下CH3O在CH2OH上生成的“强烈偏见”云,通过迄今为止“很少考虑的'OH + CH3OH反应”一般来说,很少有人知道在极低温度下的气相反应,尽管量子效应对低温反应速率的关键越来越明显

许多与星际化学相关的过程,“他说”一些关键的低温反应似乎不符合基于室温的预期他们不再表现出人们可能期望的经典Arrhenius型行为低温意味着缓慢的非热过程(即量子隧道效应)可以主导反应过程,“他补充说,Garrod,新的工作也表明反应诸如CH3O之类的自由基在气相化学以及尘埃 - 颗粒表面化学中可能是重要的 - “可能产生更复杂的物种”“最近在星际中检测到甲酸甲酯(HCOOCH3)和二甲醚(CH3OCH3)等分子在极低温度下的云 - 意味着与恒星形成引起的相对较高的温度无关 - 仍然没有得到充分的解释

这里调查的气相反应可能在这个过程中发挥作用,“他说附近的银河系寒冷的尘埃中的星系这个非凡的尘埃挂毯在远红外线成像的天空的广阔区域得到了细致的解决 - 图像是三个infrar的数字融合ed颜色红色对应的温度冷至10开氏度,而白色对应的气体温度为40开尔文

图像下部的粉红色条带是局限于我们银河系平面的温暖气体

明亮的区域通常具有致密的分子云是缓慢地坍缩形成恒星,而较暗的区域通常是弥散的星际气体和尘埃为什么这些区域在大小尺度上都有复杂的细丝形状仍然是研究的主题未来对尘埃起源和演化的研究可能帮助理解我们银河系的近期历史以及太阳系等行星系统如何诞生来源:ESA,普朗克HFI联盟,IRAS“此调查还指出其他类似反应可能受到影响的可能性通过考虑在低温下的氢键合,允许形成足够稳定的中间体以用于量子隧穿过程以形成th产品的形成,“他补充说,然而,Garrod认为在这个领域还有很多工作要做 - 并强调我们对低温气相化学的理解”远非完整“他还强调了这样一个事实,即一系列其他气相过程有可能“影响星际空间中复杂化学结构的形成以及恒星形成过程中对于他来说,这项工作也可能对星际介质(ISM)中尘埃颗粒表面发生的化学有影响

目前的天文观测表明,有可能由CH3O“优先”形成的COC结构导致有机物倾向

异构体CH2OH形式的自由基与这些结果一致 - 加罗德指出,在恒星(#30 - 100 K)温度下,在尘埃颗粒表面形成“巨大且不断增长”的复杂有机分子 - 形成过程“在星际尘埃颗粒上形成的冰罩中OH和CH3OH可能都很丰富,并且有望在其中发生有机化学

新发现可能表明对尘埃颗粒上的CH3O相关化学有类似的偏见

所研究的反应可能在气相中产生,“加罗德说

”然而,目前还不清楚气相过程的反应动力学在何种程度上研究了适用于在表面或冰基质中发生的相同或类似的反应,“他补充说,虽然需要更多的研究,但这种冷化学反应可能发生在冷行星大气层,以及恒星形成区域,恒星的启示流出物和星际信封可能引起人们对天体生物学界的极大兴趣 - 并且有助于提高这种复杂反应在Titan出版物中频繁发生的可能性:Robin J Shannon等,“加速化学在通过隧道效应促进星际温度下羟基自由基与甲醇之间的反应,“Nature Chemistry 5,745-749,2013; doi:101038 / nchem1692来源:安德鲁威廉姆斯,天体生物学杂志图片:T A Rector&B A Wolpa,NOAO,AURA;迈克尔卡罗尔; ESA,普朗克HFI联盟,IRAS