在浩瀚的宇宙中,天体化学家们长久以来面对着一个不解之谜:尽管硫作为宇宙中排名第十的丰富元素,对行星、恒星乃至生命本身至关重要,但分子形式的硫在观测中却远不及理论预测的那样普遍。
硫,这一在宇宙配方中看似缺失的关键配料,让科学家们困惑不已。按照理论预期,稠密分子云中的硫含量应远高于实际观测到的结果,这种差异甚至达到了三个数量级,夏威夷大学马诺阿分校的化学教授拉尔夫·凯泽对此深感不解。
为了揭开这一谜团,一个由国际科学家组成的团队展开了深入研究。团队成员包括密西西比大学的天体化学家瑞安·福滕伯里、凯泽教授,以及佐治亚州立大学的计算化学家萨默尔·戈泽姆。他们的研究揭示了一个惊人的发现:那些“失踪”的硫,其实并未消失,而是被隐藏在星际冰中。
在太空的极端寒冷条件下,硫原子在冰尘颗粒表面以两种稳定的形态存在:一种是由八个硫原子组成的环状结构——八硫冠,另一种则是由氢原子连接的硫原子链——多硫化氢。这些结构将硫牢牢地锁定在固态的冰中,使得传统的气相测量方法难以捕捉到它们的踪迹。
更令科学家们惊讶的是,硫的分子结构并不稳定,它会在冠状和链状等形态之间不断转换。“硫就像是一个会变形的病毒,一旦移动就会改变形态。”福滕伯里生动地比喻道。
由于硫的这种不稳定性,使用如詹姆斯·韦布等望远镜的标准探测方法来探测它变得极具挑战性。尽管这些望远镜在探测氧、碳、氮等元素方面表现出色,但硫的信号却异常微弱,难以捕捉。硫无法像其他稳定气态分子那样发出清晰的光谱特征,这使得探测工作更加困难。
然而,这项新研究为科学家们提供了新的线索。团队在星际冰中成功识别出了硫的稳定形态,这为未来的研究指明了方向。他们推测,星际空间的这些冰冻区域很可能是一个巨大的硫储藏库。
现在,天文学家们可以利用强大的射电望远镜,将搜索的重点转向恒星形成区域。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。凯泽教授表示:“天文学家可以利用这些研究成果,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升华转为气态,我们就能捕捉到它们的信号。”