英國牛津大學(xué)與西班牙天體生物學(xué)中心（CAB）牽頭的一項(xiàng)最新研究顯示，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）在一座被塵埃嚴(yán)重遮蔽的紅外亮星系核中，探測到遠(yuǎn)超理論預(yù)期的豐富小分子有機(jī)化合物，揭示出一種此前從未在銀河系外直接確認(rèn)過的復(fù)雜有機(jī)化學(xué)環(huán)境。

研究人員指出，高能宇宙射線可能正在該星系深處不斷轟擊富碳塵粒和多環(huán)芳香烴（PAHs），將其打碎并源源不斷地產(chǎn)生較小的有機(jī)分子，使這些被深度埋藏的星系核成為宇宙中強(qiáng)有力的“有機(jī)分子生產(chǎn)中心”。

這項(xiàng)研究以超亮紅外星系 IRAS 07251–0248 為目標(biāo)。該星系的中心區(qū)域被極其致密的氣體與塵埃包裹，以至于其中心超大質(zhì)量黑洞及周圍活動(dòng)在可見光波段幾乎完全被遮擋，常規(guī)望遠(yuǎn)鏡難以窺探其內(nèi)部情況。然而紅外波段的光可以穿透塵埃，詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡利用這一優(yōu)勢，對其埋藏星系核進(jìn)行了深入觀測，從而得以判定在這一極端環(huán)境中究竟占主導(dǎo)地位的是何種化學(xué)過程。

研究團(tuán)隊(duì)利用 JWST 的近紅外和中紅外光譜數(shù)據(jù)，對波長 3–28 微米范圍內(nèi)的輻射進(jìn)行了精細(xì)分析，結(jié)合 NIRSpec 和中紅外儀器獲得的譜線，識別出了氣相分子、冰態(tài)包裹物以及塵埃顆粒的特征“指紋”。通過對這些光譜特征的建模，科學(xué)家得以推算出星系核中多種化合物的豐度和溫度分布，繪制出一幅前所未有的“化學(xué)結(jié)構(gòu)圖”。

結(jié)果顯示，該埋藏星系核內(nèi)部存在種類異常豐富的小分子有機(jī)物，包括苯（C?H?）、甲烷（CH?）、乙炔（C?H?）、二乙炔（C?H?）和三乙炔（C?H?）等一系列含碳?xì)浞肿?。團(tuán)隊(duì)還首次在銀河系外直接探測到甲基自由基（CH?），這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步凸顯了該區(qū)域有機(jī)化學(xué)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度。除氣相分子外，觀測還揭示出大量固態(tài)物質(zhì)的存在，包括富碳塵粒和水冰等，為解釋碳元素的來源提供了重要線索。

論文第一作者、曾在牛津大學(xué)工作、目前就職于天體生物學(xué)中心的伊斯梅爾·加西亞?貝爾內(nèi)特表示，觀測到的小分子有機(jī)物豐度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有理論模型的預(yù)期，暗示星系核中必須存在一個(gè)持續(xù)不斷的碳源，驅(qū)動(dòng)著這張復(fù)雜而高效的化學(xué)網(wǎng)絡(luò)。團(tuán)隊(duì)的分析顯示，僅靠高溫或湍流并不足以解釋這種化學(xué)富集現(xiàn)象，更合理的解釋是高能宇宙射線在其中扮演了關(guān)鍵角色。

借助牛津團(tuán)隊(duì)開發(fā)的多環(huán)芳香烴理論模型和分析方法，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些極端星系核中充斥著的宇宙射線，會(huì)頻繁撞擊 PAHs 和富碳塵粒，將原本更大的碳基結(jié)構(gòu)擊碎，釋放出大量較小的有機(jī)分子進(jìn)入氣體之中。在多座類似星系中，研究還發(fā)現(xiàn)烴類分子豐度與宇宙射線電離水平之間存在顯著相關(guān)性，這一統(tǒng)計(jì)證據(jù)進(jìn)一步支持了“宇宙射線驅(qū)動(dòng)的有機(jī)化學(xué)工廠”這一圖景。

雖然此次探測到的小分子有機(jī)物本身并不構(gòu)成生命，但它們被認(rèn)為是更高階“前生物化學(xué)”的關(guān)鍵原料之一。合著作者、牛津大學(xué)物理系教授迪米特拉·里戈普盧指出，這類小分子雖不會(huì)直接出現(xiàn)在活細(xì)胞中，但可能在形成氨基酸、核苷酸等生命基礎(chǔ)分子之前發(fā)揮重要作用，代表著由無機(jī)物走向復(fù)雜有機(jī)體系的關(guān)鍵中間環(huán)節(jié)。

研究人員據(jù)此提出，像 IRAS 07251–0248 這樣被厚厚塵埃掩埋的星系核，很可能在宇宙化學(xué)演化中扮演著遠(yuǎn)比此前認(rèn)識更為重要的角色。它們不僅是恒星與黑洞劇烈活動(dòng)的能量中心，也可能是大規(guī)模有機(jī)分子合成與加工的“車間”，持續(xù)向星系內(nèi)部甚至更廣闊的星際空間輸送多種有機(jī)化合物，從而影響整個(gè)星系的化學(xué)組成與演化軌跡。

這項(xiàng)工作展示了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡在探測極端環(huán)境下化學(xué)過程方面的獨(dú)特能力，使科學(xué)家得以首次系統(tǒng)地審視此前幾乎完全不可見的埋藏星系核化學(xué)活動(dòng)。相關(guān)成果已發(fā)表于 2026 年 2 月 6 日的《自然·天文學(xué)》雜志，論文題為《埋藏星系核中豐富的烴類及碳質(zhì)塵粒與多環(huán)芳香烴加工跡象》，進(jìn)一步為理解碳與復(fù)雜有機(jī)分子在宇宙中如何生成和演化提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)。