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星際有機分子是由非常稀疏的星際或星周雲內的塵埃和氣體經化學反應而形成的，大部分時候於分子與宇宙射線相互作用、被電離時發生。射線中帶正電的質點會以靜電力吸引鄰近的中性粒子。反應也可以在中性的原子和分子之間發生，但進行的比較緩慢。塵埃在使分子免受恆星發出的紫外線輻射的電離效應上具有關鍵作用。

歷史

生命的化學反應可能開始於距今約138億年前的大爆炸不久之後、宇宙進入一段適居時期時，當時宇宙的年齡約只有1億至1.7億年。

在星際物質中檢測到的第一個含碳分子是甲炔（CH•），於1937年首次被檢測出來。之後的20世紀70年代早期的一些證據顯示，宇宙塵埃是由數量眾多的複雜有機分子（COMs，可能是聚合物）所組成的。天體物理學家錢德拉·維克拉瑪辛赫以甲醛分子為基礎提出聚合化合物存在於星際空間中的可能；維克拉瑪辛赫並與弗雷德·霍伊爾據2175 Å的紫外線消光吸收分析鑑定出了雙環芳香族化合物的存在，從而證明了星際空間中存在着多環芳香烴分子。

2004年，科學家在自紅矩形星雲發射的紫外線中檢測出了蒽和芘的光譜特徵，此等複雜的分子之前從未在外太空中被發現。學界多認為此一發現證實了當與紅矩形星雲相同類型的星雲接近生命盡頭時，星雲核心中的碳和氫將因對流作用被束縛在恆星風中並向外輻射的假設：當冷卻時，原子會彼此結合，最終形成含有百萬顆以上原子的大型分子。科學家們並推斷，既然多環芳香烴是在星雲中被發現的，那其必然也是產生於星雲之中。

2010年，富勒烯（又稱為「巴克球」）在星雲中被檢測出來。富勒烯與生命起源有着一定的關係；天文學家萊蒂西亞·絲糖蓋利尼（Letizia Stanghellini）表示：「來自外太空的巴克球有可能為地球上的生命發展提供了種子。」2019年4月，科學家透過哈勃空間望遠鏡觀測星際物質時，在恆星間偵測到了大型、複雜的離子化巴克明斯特富勒烯（C60）分子。

2011年，科學家們利用光譜學發現，含有複雜有機化合物（「具有芳香族－脂肪族混合結構的無定形有機固體」）的宇宙塵埃可自然、快速地由恆星產生。這些分子的化學結構非常複雜，其複雜程度已可與煤和石油的化學成分相比；之前學界普遍認為具有這種複雜程度的化學物質僅能由生物體產生。觀察結果表明，由星際塵埃粒子引入地球的有機化合物基於其表面催化活性可以作為生命的基本要素。其中一位科學家並認為這些化合物可能與地球上的生命發展相關，並表示：「如果這一假設為真，則地球上的生命可能會比我們想像的更容易萌芽，因為這些有機物可以作為生命的組成基礎。」

2012年8月，哥本哈根大學的天文學家在一個遙遠星系中的原恆星周圍發現了乙醇醛（一種有機化合物）；此恆星的編號為IRAS 16293-2422，距離地球約400光年。乙醇醛是組成核糖核酸的必要物質之一，而核糖核酸可在遺傳編碼、轉譯、調控及基因表現等過程中發揮作用。這一發現表明複雜的有機分子可能在行星形成之前即在恆星系統中產生，並最終到達正在發展的早期行星上。

2012年9月，美國宇航局的科學家提出報告，認為多環芳香烴在星際物質環境中會經氫化、氧化及羥基化等作用形成更複雜的有機化合物，「逐步向形成核苷酸和氨基酸（分別為蛋白質和去氧核糖核酸）的道路前進」。此外，在轉變的過程中，多環芳香烴物質將喪失其光譜特徵，「或許就是為什麼在星際冰（尤其是寒冷、濃密的星雲）及原行星盤的上部分子層中很少偵測到多環芳香烴存在的原因之一」。

多環芳香烴在宇宙中隨處可見。2013年6月，多環芳香烴在土星最大的衛星土衛六（俗稱「泰坦」）上被偵測出來。

2013年8月，里茲大學的德威恩·赫德（Dwayne Heard）認為量子力學中的量子隧穿效應可以解釋他的實驗小組觀察到的現象：冷羥基（溫度約63開爾文）和甲醇分子之間突破了分子內的能壘，導致兩種物質之間的反應發生率明顯高於預期。在不考慮量子效應時，此分子能壘一般需在較高溫度的環境中透過熱能或電離作用克服。量子隧穿效應有助於解釋複雜分子（由數十個以上的原子所組成）於星際空間中的存在。

2015年3月，NASA的科學家報告其實驗室已成功利用嘧啶（常見於隕石中）等基本化學物質，在外太空模擬環境下生成包括尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶在內的DNA和RNA等複雜有機化合物。據科學家的說法，嘧啶的形成過程與多環芳香烴相似，可能是在紅巨星、星際塵埃或氣體雲中生成的。

2016年10月，天文學家稱甲炔、碳氫正離子（CH+）和碳離子（C+）等生命形成所需的基本要素大部分是自恆星發出的紫外線中產生的，而非像之前料想的與超新星和年輕恆星擾動相關的事件等其他生成途徑。

人馬座B2是宇宙中星際分子含量最豐富的區域之一。人馬座B2是一個由氣體和塵埃組成的分子雲，橫躺在銀河系的中心附近，常成為天文學的研究標的。本列表中大約有一半的分子最初都是在人馬座B2內被發現的，而幾乎所有已知的星際分子目前也都能在此處檢測出來。另一個常作為星際分子調查來源的地點是獅子座CW（即IRC +10216星），有多達50種分子在那裡被檢測出來。

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