天体化学家在太空冰冻深处发现关键生命元素

长期以来，天体化学家一直对宇宙中分子硫的稀缺性感到困惑。

硫是宇宙中第十大丰富元素，是行星、恒星乃至生命本身的关键构成要素之一。

然而，以往的观测一再发现，宇宙中实际存在的分子形式硫远少于理论预测值。这就像宇宙配方中缺失了一味关键配料。

如今，一个国际研究团队提出，缺失的硫并非消失了，而是藏匿在星际冰中。

这项研究由一支国际团队完成，成员包括密西西比大学的天体化学家瑞安·福滕伯里（Ryan Fortenberry）、夏威夷大学马诺阿分校的化学教授拉尔夫·凯泽（Ralf Kaiser），以及佐治亚州立大学的计算化学家萨默尔·戈泽姆（Samer Gozem）。

硫的离奇失踪案

分子硫在宇宙中失踪的谜题长期困扰着天体化学家，他们深知硫元素在宇宙中的普遍丰度。

这个谜团已持续多年，凯泽教授指出：“观测到的稠密分子云中的硫含量，相比预测的气相丰度，少了三个数量级。”

这种差异促使研究人员探究，如此基础的元素究竟藏身何处。

这项新研究有助于解开这个谜团。研究表明，在太空的严寒条件下，硫原子可以在冰尘颗粒表面结合形成两种“稳定构型”。

一种是八硫冠（octasulfur crown），即由八个硫原子组成的环状结构。另一种是多硫化氢（polysulfane），即由氢原子连接的硫原子链。

这些结构能将硫以固态形式捕获在冰中，这解释了为何在常规的气相测量中难以探测到它。

此外，硫的分子结构在不断变化。该元素无法保持一致的形状，会在冠状和链状等构型之间转换。

“它从未保持过相同的形状。这有点像病毒 —— 移动时就会改变形态，”福滕伯里说道。

由于硫的化学键极不稳定，用詹姆斯·韦布等望远镜的标准探测方法来探测它们颇具挑战。虽然这些望远镜擅长探测氧、碳、氮等元素，但硫的信号却一直异常微弱。

这些望远镜依赖能发出清晰光谱特征的稳定气态分子，而硫无法持续提供这种信号。

恒星形成区

然而，这项新研究带来了新的见解。

得益于该团队在冰中识别出了硫的稳定形态，天文学家现在有了未来研究的清晰路线图。

研究指出，星际空间的这些冰冻区域很可能存在一个硫的“储藏库”。

作者补充道：“类似本研究的星际条件实验室模拟，发现了可在星际冰上形成的含硫分子可能库存。”

现在，天文学家可以利用强大的射电望远镜，将搜索重点集中在恒星形成区域。

凯泽教授详细阐述了下一步工作：“天文学家随后可以利用这些结果，借助射电望远镜在星际介质中寻找这些多硫化氢分子 —— 一旦它们在恒星形成区经升华转为气态。”

在这些高能环境中，冰冷的分子预计会发生升华，直接从固态转变为气态，并可能以可探测的形式释放出被捕获的硫。

这些发现有助于增进人类对宇宙化学以及行星所需元素来源的理解。

研究结果已发表在《自然》（Nature）杂志上。

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