在过去几十年中，卡西尼-惠更斯等深空探测任务以及射电天文研究极大增强了我们对太阳系化学演化过程的认识。迄今已经有超过300个星际分子（大部分是气相）在不同的环境中被发现。其中金牛座冷分子云（TMC-1），以及富含富碳氢化合物的土卫六（Titan）大气环境被誉为是宏观尺度下的“分子工厂”。然而，这些分子在星际冷环境如何起源并累积到观测的丰度长久以来都没有定论。针对这一重大科学问题，我们可以通过综合实验室研究、高精度量化计算和天体化学模拟来探索芳香分子的形成，理解微观层面的化学演化以及生命前分子起源过程。

最近，中国科学院新疆天文台天体化学研究团组李小虎研究员与美国夏威夷大学Ralf I. Kaiser教授和杨正海博士、美国佛罗里达国际大学Alexander M. Mebel教授、法国波尔多大学Jean-Christophe Loison教授团队、巴西米纳斯吉拉斯联邦科技教育中心Breno R. L. Galvão教授团队合作，基于分子束装置、高精度量化计算、泰坦大气与金牛座冷分子云环境天体化学模拟的联合研究，成功揭示了茚基（图1）、吡啶、喹啉（图2）等（含氮）多环芳香烃（PAH）与生命前分子的关键前体生成的新机制，为泰坦大气与金牛座分子云反应网络研究提供了重要信息。

李小虎研究员与Ralf I. Kaiser教授团队建立了良好的长期合作关系，在相关合作中负责冷分子云及星周分子天体化学模型的构建和计算，是系列合作文章的通讯作者之一。新的化学模型瞄准星际冷环境碳氢及（含氮）芳香分子形成机理及生命相关分子的化学反应网络构建等重大科学问题。该研究验证了自由基-自由基与自由基-分子中性反应在形成星际复杂有机分子中的关键作用，并预测了潜在的、尚未探测到星际分子，为相关天文观测提供了重要指导。相关成果近期发表于Science Advances (Sci. Adv., 9, eadi5060 (2023) 与Nature Astronomy (Nat. Astron., 8, 856-864 (2024))等杂志。

图1. 实验中新识别的生成茚基的反应路径。

图2. 金牛座冷分子云环境天体化学模拟结果成功复现部分星际分子的观测数据，并预测潜在星际分子的高丰度。

全文链接:

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adi5060

https://www.nature.com/articles/s41550-024-02267-y