碳是宇宙中含量最豐富的元素之一，是復(fù)雜多樣的星際分子的重要組成部分。在星際冷暗云核中，碳主要以線性碳鏈分子的形式存在，如HCnN, CnH, CnS分子等。這些高度不飽和分子不但與含碳化合物的形成與破壞有著密切的關(guān)系，還是恒星形成研究中重要的化學(xué)探針。因此，碳鏈分子尤其是長碳鏈分子（n ≥ 5）的形成和演化是天體化學(xué)的重要研究課題。遺憾的是，目前僅在金牛座分子云的云核1（Taurus Molecular Cloud 1; TMC-1）和豺狼座分子云的云核1A（Lupus-1A）以及碳星IRC+10216的殼層中探測到了豐富的長碳鏈分子，這大大限制了長碳鏈分子的觀測研究。
近日，中國科學(xué)院上海天文臺研究員沈志強領(lǐng)導(dǎo)的天馬望遠鏡研究團組利用上海天文臺65米口徑的天馬（Tianma 65 meter;TM65m）射電望遠鏡對巨蛇座區(qū)域內(nèi)南側(cè)（Serpens South）的一個云核進行了碳鏈分子的搜尋，并在其中探測到了豐富的碳鏈分子，包括C3S、HC5N、HC7N、HC9N、C6H、C8H，以及HC3N和它的同位素分子H13CCCN、HC13CCN和HCC13CN。得益于天馬望遠鏡的高靈敏度和速度分辨率，有9條躍遷線是首次在星際空間被探測到，如HC9N J=13-12 F=12-11和F=14-13，H13CCCN J=2-1 F=1-0和F=1-1，HC13CCN J=2-1 F=2-2，F(xiàn)=1-0和F=1-1，HCC13CN J=2-1 F=1-0和F=1-1，有2條精細結(jié)構(gòu)線是首次被分解開，包括HC5N J=6-5 F=5-4和H13CCCN J=2-1 F=2-1。
研究團組將探測結(jié)果與TMC-1與Lupus-1A的碳鏈分子柱密度和豐度進行比較，表示三個分子云中的長鏈碳分子可能具有相似的形成機制。該工作已經(jīng)被國際期刊《天體物理學(xué)報》（Astrophysical Journal）接收，上海天文臺副研究員李娟為該論文第一作者，合作者全部為上海天文臺天馬望遠鏡團組成員。
自從上世紀70年代在TMC-1中探測到豐富的長碳鏈分子以來，天文學(xué)家們一直視TMC-1為一個非常特殊的源，并提出了多種模型來解釋其中的長碳鏈分子。直到2010年天文學(xué)家才找到第二個富含長碳鏈分子的云核，也就是Lupus-1A。
據(jù)李娟介紹，天馬研究團組發(fā)現(xiàn)，Serpens South 1a中碳鏈分子的柱密度約為1012~1013 cm-2，與TMC-1和Lupus-1A相當(dāng)。因此，同Lupus-1A 一樣，這個源也屬于“類TMC-1 分子云”，Serpens South也成為除Taurus和Lupus外第三個探測到長碳鏈分子HC9N 和C8H 的分子云復(fù)合體。HC3N的同位素分子的豐度比[H13CCCN]:[HC13CCN]:[HCC13CN]與TMC-1的觀測結(jié)果類似，表明兩個源中的長碳鏈分子可能具有相似的形成機制。“通過比較這個源與TMC-1 或Lupus-1A 的物理和化學(xué)條件，將有助于我們更好地了解碳鏈分子的形成與演化。”沈志強表示。
左圖：HC3N的13C同位素分子的精細結(jié)構(gòu)線，紅色箭頭標示的是TM65m望遠鏡新探測到的線，藍色箭頭標示的是新分解開的成分。右圖: Serpens South 1a與TMC-1及Lupus-1A中碳鏈分子豐度的比較。
