長期以來，天體化學家一直對宇宙中分子硫的稀缺性感到困惑。

硫是宇宙中第十大豐富元素，是行星、恒星乃至生命本身的關(guān)鍵構(gòu)成要素之一。

然而，以往的觀測一再發(fā)現(xiàn)，宇宙中實際存在的分子形式硫遠少于理論預測值。這就像宇宙配方中缺失了一味關(guān)鍵配料。

如今，一個國際研究團隊提出，缺失的硫并非消失了，而是藏匿在星際冰中。

這項研究由一支國際團隊完成，成員包括密西西比大學的天體化學家瑞安·福滕伯里（Ryan Fortenberry）、夏威夷大學馬諾阿分校的化學教授拉爾夫·凱澤（Ralf Kaiser），以及佐治亞州立大學的計算化學家薩默爾·戈澤姆（Samer Gozem）。

硫的離奇失蹤案

分子硫在宇宙中失蹤的謎題長期困擾著天體化學家，他們深知硫元素在宇宙中的普遍豐度。

這個謎團已持續(xù)多年，凱澤教授指出：“觀測到的稠密分子云中的硫含量，相比預測的氣相豐度，少了三個數(shù)量級。”

這種差異促使研究人員探究，如此基礎(chǔ)的元素究竟藏身何處。

這項新研究有助于解開這個謎團。研究表明，在太空的嚴寒條件下，硫原子可以在冰塵顆粒表面結(jié)合形成兩種“穩(wěn)定構(gòu)型”。

一種是八硫冠（octasulfur crown），即由八個硫原子組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。另一種是多硫化氫（polysulfane），即由氫原子連接的硫原子鏈。

這些結(jié)構(gòu)能將硫以固態(tài)形式捕獲在冰中，這解釋了為何在常規(guī)的氣相測量中難以探測到它。

此外，硫的分子結(jié)構(gòu)在不斷變化。該元素無法保持一致的形狀，會在冠狀和鏈狀等構(gòu)型之間轉(zhuǎn)換。

“它從未保持過相同的形狀。這有點像病毒 —— 移動時就會改變形態(tài)，”福滕伯里說道。

由于硫的化學鍵極不穩(wěn)定，用詹姆斯·韋布等望遠鏡的標準探測方法來探測它們頗具挑戰(zhàn)。雖然這些望遠鏡擅長探測氧、碳、氮等元素，但硫的信號卻一直異常微弱。

這些望遠鏡依賴能發(fā)出清晰光譜特征的穩(wěn)定氣態(tài)分子，而硫無法持續(xù)提供這種信號。

恒星形成區(qū)

然而，這項新研究帶來了新的見解。

得益于該團隊在冰中識別出了硫的穩(wěn)定形態(tài)，天文學家現(xiàn)在有了未來研究的清晰路線圖。

研究指出，星際空間的這些冰凍區(qū)域很可能存在一個硫的“儲藏庫”。

作者補充道：“類似本研究的星際條件實驗室模擬，發(fā)現(xiàn)了可在星際冰上形成的含硫分子可能庫存?！?/p>

現(xiàn)在，天文學家可以利用強大的射電望遠鏡，將搜索重點集中在恒星形成區(qū)域。

凱澤教授詳細闡述了下一步工作：“天文學家隨后可以利用這些結(jié)果，借助射電望遠鏡在星際介質(zhì)中尋找這些多硫化氫分子 —— 一旦它們在恒星形成區(qū)經(jīng)升華轉(zhuǎn)為氣態(tài)?！?/p>

在這些高能環(huán)境中，冰冷的分子預計會發(fā)生升華，直接從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，并可能以可探測的形式釋放出被捕獲的硫。

這些發(fā)現(xiàn)有助于增進人類對宇宙化學以及行星所需元素來源的理解。

研究結(jié)果已發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。

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