天文学家在银河系边缘发现生命成分

在银河系边缘的分子云中发现磷，挑战了目前关于该元素如何起源和延伸银河系宜居带的观点。亚利桑那大学的天文学家在一个意想不到的地方发现了外磷，这是我们所知的生命的关键成分：银河系的郊区。根据传统观点，这种元素是由非常大质量恒星内部的聚变过程产生的，据信这些恒星不存在于银河系外围。

其他生命所需的较轻的元素，如碳、氧和氮，可以在质量较低的恒星中形成，而这些恒星的含量要丰富得多。当这些恒星到达生命终点时，它们会相对平静地将这些元素释放到星际介质中。

“但是要制造磷，你需要某种暴力事件，”斯图尔特天文台化学、生物化学和天文学摄政教授兼天文学家露西·齐乌里斯(LucyZiurys)解释道。“人们认为磷是在超新星爆炸中产生的，为此，你需要一颗质量至少是太阳质量20倍的恒星。”

当一颗恒星变成超新星时，它会将其内部物质泄漏到周围的空间中，包括构成太阳系生命基石的元素。

“换句话说，如果你想拥有生命，你最好靠近超新星，如果那确实是磷产生的唯一来源，”齐里斯说。

这项发表在《自然》杂志上的研究对传统观点提出了质疑，即自然界产生磷的唯一方式是通过超新星爆炸。

“我们检测到的磷位于星系的边缘，这是不应该出现的地方，”研究化学的博士生、该论文的第一作者LiliaKoelemay说。“所以这意味着必须有其他方式来产生磷。”

过去提出的一种这样的机制调用了“银河喷泉”，将银河系内部的磷提升到银河系平面上方的远处，并将其喷回到更远的圆盘上。然而，此类喷泉的证据​​仍然很少，科勒梅表示，即使存在，它们的传播范围也不太可能超过千秒差距左右，即约3,260光年。

“即便如此，物质需要很长时间才能落回星系，以至于它可能不会形成我们所看到的分子，”她补充道。

那么，如果超新星无法解释星系边缘的磷，那么它是如何到达那里的呢?

齐乌里斯说，根据一种理论，低质量和中等质量的恒星可能会在生命周期结束时从碳原子上剥离中子，并将它们积聚在燃烧氢的壳层和燃烧氦的壳层之间，从而产生过量的中子。将这些中子添加到硅原子上会产生磷。

“这是理论上的假设，因此它可能解释除超新星之外的磷的另一种来源，我认为我们现在有充分的证据支持这一点，”齐里斯说。

Koelemay和她的合著者、化学博士生KatherineGold使用了位于基特峰的亚利桑那射电天文台的12米射电望远镜，以及西班牙格拉纳达附近毫米级射电天文学研究所运营的30米射电望远镜。范围，或IRAM。

他们的观察在名为WB89-621的分子云中检测到了磷的特征，特别是一氧化磷和氮化磷。这一发现距离银河系中心近74,000光年，磷的存在范围几乎是已知范围的两倍。

由于距离星系中心越远，物质就越稀疏，因此星系外缘根本没有足够的质量来支持足够大的恒星的形成，从而以超新星的形式结束其生命。

该项目从一项家庭作业开始：Koelemay和Gold选修了Ziurys教授的天体化学课程，她鼓励他们扫描云层中的含磷分子，并承认这可能是一个渺茫的机会。

作为作业的一部分，学生们写了一份提案，要求在IRAM望远镜上进行观测，而IRAM欧洲成员以外的机构很少获得这样的时间。他们的请求得到了批准，两人前往西班牙接受乐器培训。

“我想我们的家庭作业对他们来说已经足够好了，”科勒梅说。

研究人员表示，磷的发现对于寻找其他恒星周围可能与地球相似且能够维持生命的行星具有直接影响，他们指出了所谓的NCHOPS元素，这些元素构成了地球上生命的关键成分：氮、碳、氢、氧、磷和硫。

“正如我们所知，对于一颗适合生命居住的行星来说，你必须拥有所有NCHOPS元素，它们的存在定义了银河系的宜居带，”Ziurys说。“随着我们发现磷，现在所有磷都在银河系边缘被发现，银河系将宜居带一直延伸到银河系外围。”

戈尔德表示，磷对于寻找类地行星尤其重要，因为含磷矿物对于具有固体表面的类地行星非常重要。

戈尔德说：“由于假定缺乏磷，在寻找生命时并未充分考虑外星系的系外行星。”“我们希望在银河系边缘检测到磷可以激发对遥远系外行星的研究。”

Koelemay表示，磷是一种“令人惊奇”的元素。“它在生物分子中非常重要，但我们对它知之甚少，”她说。

接下来，研究小组计划扫描银河系远端的其他分子云中的磷。在其他地方找到它将支持这样一种观点：教科书上关于磷如何从恒星工厂到达行星表面并进入定义地球生命的通用分子骨架的故事可能需要更新。

“现在我们已经在IRAM望远镜上进行了训练，我们可以进行远程观测，”戈尔德说道，并解释说她已经开始对其他一些项目进行观测。“我相信这些项目将会产生更多论文。”