碳是宇宙中含量最丰富的元素之一，是复杂多样的星际分子的重要组成部分。在星际冷暗云核中，碳主要以线性碳链分子的形式存在，如HC_nN, C_nH, C_nS分子等。这些高度不饱和分子不但与含碳化合物的形成与破坏有着密切的关系，还是恒星形成研究中重要的化学探针。因此，碳链分子尤其是长碳链分子（n ≥ 5）的形成和演化是天体化学的重要研究课题。遗憾的是，目前仅在金牛座分子云的云核1（Taurus Molecular Cloud 1; TMC-1）和豺狼座分子云的云核1A（Lupus-1A）以及碳星IRC+10216的壳层中探测到了丰富的长碳链分子，这大大限制了长碳链分子的观测研究。

近日，中国科学院上海天文台研究员沈志强领导的天马望远镜研究团组利用上海天文台65米口径的天马（Tianma 65 meter;TM65m）射电望远镜对巨蛇座区域内南侧（Serpens South）的一个云核进行了碳链分子的搜寻，并在其中探测到了丰富的碳链分子，包括C₃S、HC₅N、HC₇N、HC₉N、C₆H、C₈H，以及HC₃N和它的同位素分子H¹³CCCN、HC¹³CCN和HCC¹³CN。得益于天马望远镜的高灵敏度和速度分辨率，有9条跃迁线是首次在星际空间被探测到，如HC₉N J=13-12 F=12-11和F=14-13，H¹³CCCN J=2-1 F=1-0和F=1-1，HC¹³CCN J=2-1 F=2-2，F=1-0和F=1-1，HCC¹³CN J=2-1 F=1-0和F=1-1，有2条精细结构线是首次被分解开，包括HC₅N J=6-5 F=5-4和H¹³CCCN J=2-1 F=2-1。

研究团组将探测结果与TMC-1与Lupus-1A的碳链分子柱密度和丰度进行比较，表示三个分子云中的长链碳分子可能具有相似的形成机制。该工作已经被国际期刊《天体物理学报》（Astrophysical Journal）接收，上海天文台副研究员李娟为该论文第一作者，合作者全部为上海天文台天马望远镜团组成员。

自从上世纪70年代在TMC-1中探测到丰富的长碳链分子以来，天文学家们一直视TMC-1为一个非常特殊的源，并提出了多种模型来解释其中的长碳链分子。直到2010年天文学家才找到第二个富含长碳链分子的云核，也就是Lupus-1A。

据李娟介绍，天马研究团组发现，Serpens South 1a中碳链分子的柱密度约为10¹²~10¹³ cm^-2，与TMC-1和Lupus-1A相当。因此，同Lupus-1A 一样，这个源也属于“类TMC-1 分子云”，Serpens South也成为除Taurus和Lupus外第三个探测到长碳链分子HC₉N 和C₈H 的分子云复合体。HC₃N的同位素分子的丰度比[H¹³CCCN]:[HC¹³CCN]:[HCC¹³CN]与TMC-1的观测结果类似，表明两个源中的长碳链分子可能具有相似的形成机制。“通过比较这个源与TMC-1 或Lupus-1A 的物理和化学条件，将有助于我们更好地了解碳链分子的形成与演化。”沈志强表示。

左图：HC₃N的¹³C同位素分子的精细结构线，红色箭头标示的是TM65m望远镜新探测到的线，蓝色箭头标示的是新分解开的成分。右图: Serpens South 1a与TMC-1及Lupus-1A中碳链分子丰度的比较。