天体化学家揭示宇宙过程：模拟实验破解多环芳烃转化为富勒烯的可能机制

一项由科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）专家参与的国际研究团队，通过开创性的实验室模拟实验，成功重现了深空中的化学反应。这项研究成果已发表在权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，为星际介质中广泛存在的富勒烯（Fullerenes，如巴克敏斯特富勒烯C60）的形成机制，提供了一个令人信服的解释。核心假说认为，宇宙辐射扮演了关键的催化剂角色，促使多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，简称PAHs）这种常见的扁平碳氢化合物，转变为球形的碳分子。

这种结构上的转变被视为宇宙化学演化中至关重要的一步，因为它推动了复杂有机化合物的出现，而这些化合物是后续恒星和行星系统形成所必需的物质基础。为了精确地在地球上模拟严酷的宇宙环境，研究人员将两种较小的多环芳烃分子——蒽（Anthracene）和菲（Phenanthrene）——暴露于高能电子束的轰击之下。在这一受控过程中，分子发生了氢原子脱落，并引发了剧烈的内部结构重排。碳原子开始重新排列，形成了富勒烯标志性的六边形和五边形的结构单元。

这项实验室建模得出了一个出乎意料但至关重要的结果：含有五边形结构的分子，很可能就是连接多环芳烃与稳定富勒烯之间的“缺失环节”。这一发现对于天体物理学领域具有里程碑式的意义，因为它提出了一种在广阔的宇宙空间中形成富勒烯的、极有可能且普遍存在的机制。通过这种途径产生的富勒烯，有望利用现代观测工具，特别是詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），进行精确探测和识别，从而验证这一理论模型。

对这些复杂分子的成功识别，使得科学界能够更深入地理解恒星和整个行星系统形成背后的基本化学过程。此项研究将焦点从先前推测的高能过程（例如剧烈的超新星爆发）转移到了在宇宙辐射影响下更为渐进式的化学演化路径。因此，理解这一形成途径不仅解释了C60在宇宙中广泛存在的现象，同时也极大地拓宽了我们对于生命起源的先决条件如何从简单的元素中诞生的认知，为探索宇宙生命奠定了新的基础。