在太空中已经发现了200多个分子，其中一些（如C60 巴克敏斯特富勒烯）与碳原子非常复杂。除了本质上有趣之外，这些分子还辐射出热量，帮助星际物质组成的巨大云冷却并收缩形成新恒星。此外，天文学家利用这些分子的辐射来研究当地条件，例如，行星形成在年轻恒星周围的圆盘中。这些分子种类的相对丰度是一个重要但长期存在的难题，取决于许多因素，从基本元素的丰度和紫外线辐射场强度到云的密度、温度和年龄。
（博科园图示）根据ASU宇宙化学家的新研究，像C60 巴克明斯特富勒烯一样复杂的碳链分子（巴克球）可能在空间中通过簇生的铁原子形成，这项研究还解释了这些铁团簇是如何隐藏在普通碳链分子中的。图片：NASA/JPL-Caltech
小分子（具有两个或三个原子的分子）的丰度特别重要，因为它们是通往更大分子的垫脚石，其中携带净电荷的分子更重要，因为它们更容易发生化学反应。弥散星际介质的当前模型假设均匀紫外线照亮气体层具有恒定的密度，或者密度随深度平滑地变化到云中，问题是模型的预测经常与观察结果不一致。然而，几十年的观测也表明，星际介质不是均匀的，而是湍流的，在小距离上密度和温度有很大变化。
（博科园图示）位于大约850光年之外英仙座星云分子云的一部分多波长图像。湍流在分子云中普遍存在，并且在产生小的密度和温度波动方面起着重要作用，这些波动反过来有助于确定云中复杂分子的丰度。一套新的化学和流体动力学模型能够解释这种湍流影响，并为观察到的化学丰度提供了一种新解释。图片：Agrupació Astronòmica d'Eivissa/Ibiza AAE, Alberto Prats Rodríguez
哈佛史密森天体物理学中心天文学家Shmuel Bialy带领一组科学家研究了超音速运动和湍流介质中四个关键分子H2，OH+，H2O+和ARH+-的丰度。这些特殊分子既是有用的天文探针，又对湍流介质中自然产生的密度波动高度敏感。基于先前对分子氢(H2)在湍流介质中行为的研究，科学家们进行了详细的计算机模拟，这些模拟结合了广泛的化学途径以及在紫外线和宇宙射线驱动各种激发方案下的超音速湍流运动模型，其结果当与广泛的分子观察相比较时，显示出很好的一致性。
然而，湍流条件的范围很宽，预测也相应地很宽，因此，虽然新模型更好地解释了观察到的范围，但它们可能是模棱两可的，并且可以用几个不同的参数组合来解释特定情况。研究人员提出了额外的观察和下一代模型的理论，以更严格地约束结论。超音速湍流在星际介质(ISM)中产生强烈的密度涨落，对化学结构产生深刻影响。弥散星际介质特别有用的探针是ARH+，OH+，H2O+分子离子，它们对密度和H2丰度的波动高度敏感。
博科园｜研究/来自：哈佛史密森天体物理学中心
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/1538-4357/ab487b
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