重甲醇终于在太空中被发现

氘是氢的重同位素。在我们的银河系中，每10万个氢原子大约对应1.6个氘原子。然而，在恒星诞生的分子云寒冷致密的核心中，含氘分子的丰度可能比这一比例所暗示的高出几个数量级。在如此低的温度下，少数几个关键反应会持续不断地把氘输送进分子中，而且这种效应会随时间增强。因此，一个分子中的氘含量可以提示它是在何时、何地形成的。

最常见的复杂分子

甲醇（CH₃OH）是恒星形成区中最丰富的“复杂有机分子”——即含碳且由六个或更多原子组成的分子。它主要在恒星点燃之前的寒冷阶段，在尘埃颗粒的冰质外壳中形成，是通往更复杂分子的一块垫脚石。

甲醇有四个氢原子：三个在碳端，一个在氧端。碳端带有一个、两个或三个氘原子的形式此前都已在太空中被探测到。而四个氢原子全部为氘的全氘代形式CD₃OD，此前只有一些迹象。自2023年以来，实验室已经给出了对其射电特征的预测。

来自IRAS4A2的十条谱线

波恩马克斯·普朗克射电天文研究所的A. Belloche与来自欧洲、美国和亚洲的同事们利用了COMPASS——这是一项借助ALMA射电望远镜阵列开展的大型巡天，观测对象是11颗拥有“热核”（hot corinos）的低质量年轻恒星。热核是温暖而致密的区域，其中冰质分子会蒸发并在射电波段发光。他们重点研究了IRAS4A2，它是距离290秒差距的NGC 1333云中一对恒星里的一颗。在年轻恒星周围首次识别出全氘代氨的地方，也正是这里。

团队扫描了279至312吉赫的天空频率，在约200开尔文的温度下对甲醇及其所有变体的辐射进行了建模。凡是有公开射电“指纹”的甲醇变体都出现了。其中就有CD₃OD，有十条被清晰探测到的谱线。这是首次在太空中可靠地探测到全氘代甲醇——作者指出，这也是在星际介质中首次识别出携带四个氘原子的分子。它约占那里甲醇的万分之四。

隐藏起来的甲醇

随之而来的还有一个谜团。与含碳-13和氧-18的稀有形式相比，普通甲醇似乎少得太多了——约少了7到11倍——而这些稀有形式彼此之间的比较却很合理。作者得出结论：普通甲醇的含量很可能被低估了，原因或许是它的辐射来自一些团块，而非一片均匀的云。因此，他们用稀有形式作为替代来计算氘比率。

氘的富集超出了随机

如果氘只是以固定概率随机取代氢，那么每种变体都应该指向同一个氘氢比。然而，推算出的比率随着氘原子数目的增加而上升：单氘代形式约为1%，双氘代和三氘代形式为9%至23%，而在比较CD₃OD与CH₃OD时则约为41%。IRAS4A2中的这一规律与另一颗年轻恒星BHR71-IRS1几乎一模一样，也与其他低质量原恒星相似。

模型漏掉了高氘端

研究团队将这些比率与已发表的五个化学模型进行了比较，这些模型描述了甲醇及其氘代形式是如何逐步积累的。所有模型都低估了多氘代形式，通常低估一到两个数量级——在其中一个模型中，对CD₃OD的低估约达五个数量级。作者的结论是：当前的模型缺少一个促进高度氘代甲醇生成的关键因素。

这一探测还带来了一个预测。剩下的两种变体CH₂DOD和CHD₂OD，一旦实验室光谱学家提供了它们的射电特征，就应该很容易在IRAS4A2中被发现。以更高角分辨率进行更清晰的观测，也有可能揭示甲醇是否真的位于团块之中。