宇宙已有130多亿年的历史，而太空通常被描绘成一个巨大而空旷的真空。
除了行星和恒星，那里什么都没有，对吧?
实际上，太空中到处都是复杂的碳基分子。
然而，分子的范围和它们形成的化学过程在很大程度上仍然是个谜。
有一些诱人的迹象表明存在复杂的天体化学。例如，像氨基酸和核碱基这样的益生元分子已经在陨石中被检测到——最著名的是1969年在墨尔本以北140公里的默奇森附近着陆。
但要了解太空的分子构成，天文学家和天体化学家必须超越分析碰巧撞向地球的陨石。
为了做到这一点，天文学家使用望远镜测量恒星辐射，而其他科学家则在实验室中模拟星际条件-稍后将详细介绍我们的团队如何使用这项技术。
目前在太空中发现的大约240个分子中，大多数是通过射电望远镜发现的。
詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)是迄今为止发射的最大的太空望远镜，它被设计用来拍摄非常遥远的物体和中红外化学物质的发射，这可以用来识别元素和分子。
JWST的高灵敏度和高分辨率已经使最近几次对天文分子的里程碑式观测成为可能，这些观测有助于揭示宇宙中化学复杂性的本质和起源。
其中包括最近在SPT0418-47星系中发现的复杂有机分子的证据，SPT0418-47星系位于123亿光年之外，是迄今为止探测到的最远、最古老的有机分子。
这些分子是多芳烃(PAHs)，由两个或多个融合的芳香碳环组成，在地球上无处不在，存在于生命系统、化石燃料中，与生命起源的化学过程有关。
另一个关键发现是在一颗新形成的恒星周围的圆盘上观察到甲基阳离子甲基(CH)。
该区域暴露在炽热的年轻恒星发出的强烈紫外线下，提供形成CH所需的能量，CH的分子结构相当于甲烷减去一个氢原子，在形成更复杂的碳基分子中起着重要作用。
这些和其他复杂化学成分是由新星、超新星和其他巨大的宇宙事件喷射到恒星之间的广阔区域——星际介质中。
虽然我们不能穿越数光年收集和研究星际分子，但天文学家可以通过收集恒星发出的光来探测星际介质中的分子。
由于光在到达地球上的探测器之前要经过如此遥远的距离，因此它有相当大的机会被星际云中的分子吸收。
被吸收的光的波长产生的光谱包含了空间中分子的指纹。
有趣的是，在光谱的可见和近红外区域发现了500多条吸收线，这些吸收线被称为漫射星际带(DIBs)。1919年，美国加州利克天文台(Lick Observatory)的博士生玛丽·丽·海格(Mary Lea Heger)首次观测到几个最突出的dib，此后又发现了更多的dib。
虽然现在很清楚dib是由星际介质中的分子产生的，但几乎所有dib的分子结构和组成仍然是一个谜。
事实上，只有一种分子被确定为DIBs光谱中任何特征的来源，那就是碳团块buckminster富勒烯(C?)，它的外观像一个小足球。
因为C?是唯一被证实的DIB载体，所以有理由认为其他DIB可能是由10到100个原子组成的大碳团簇造成的。
碳簇具有不同的大小和分子形状;然而，可能的结构范围很广，使它们的检测变得复杂。
在激光光谱实验室化学大楼的地下室里，Samuel Marlton博士、博士候选人Chang Liu和Evan Bieske教授使用自制的仪器在类似于太空冷真空的气相条件下生成、分离和隔离单个碳簇结构。
利用这台仪器，研究小组将天文学家测量的天体物理数据与特定碳团簇结构的实验室数据进行比较。
在最近发表在《物理化学杂志A》上的一篇文章中，研究小组检查了巨碳环的吸收光谱，巨碳环是由14到36个原子组成的平面环。
在这项工作中，他们发现了碳环C?(由14个碳组成)的证据，这可能有助于DIBs光谱的形成。
这是一个令人兴奋的结果，因为几乎所有的500多个dib都是由尚未确定的分子引起的，这说明了围绕星际空间分子组成的持续谜团。
尽管JWST在较低的能量下进行天文测量，但两者都是通过天文和实验室研究相结合来探测星际分子的项目的一部分。
总之，这些技术才刚刚开始揭示宇宙中有什么，而宇宙远不止是空无一物。
埃文·比斯克教授将于10月26日星期四在墨尔本大学化学学院举办一场名为“星际化学和弥漫星际带之谜”的免费公开讲座。请在这里注册。
作者感谢Niki (Iain) Strachan对本文的帮助。
