星際空間中一氧化碳分子因轉動能級間的躍遷而產生的射電波段的譜線。一氧化碳(CO)是具有簡單轉動能級結構的雙原子分子。1957年美國物理學傢湯斯首先預言瞭星際空間中存在CO分子，並計算瞭CO的J為1→0（J是與能級有關的轉動量子數，從1躍遷到0）的、頻率v=115.271京赫的最低轉動躍遷譜線。1970年美國用直徑111米的毫米波望遠鏡在銀河系的獵戶座、人馬座等九個源的方向上，首次觀測到瞭CO的這條J為1→0的強發射譜線。後來，人們又觀測到J為2→1（v=230.538京赫），J為3→2（v=345.796京赫）的譜線以及12C16O的同位素分子13C16O，12C18O，12C17O的譜線。觀測表明，CO大量存在於銀河系的暗星雲、星周物質、電離氫區和銀核之中。1975年人們第一次確認瞭河外星系中CO的存在。
CO是最重要的星際分子之一，是探索星際致密的冷塵埃雲的有力手段。在銀河系的一些高密度區域中，氫原子往往結合成氫分子H2，而不再發射或吸收中性氫21厘米譜線。因此，我們不能直接用氫的射電譜線來研究這些區域，而隻好用其他星際分子射電譜線來研究。CO由於它的高穩定性、高豐度和在星際空間中廣泛的分佈，已經成為進行上述研究的最理想的分子。目前，對於它的觀測和研究比起其他的星際分子更為普遍，更為完整。
CO的射電譜線是通過和H2的碰撞激發的。因此，我們可以通過對CO射電譜線的觀測，推演出H2的分佈，從而研究銀河系的結構和組成。近年來通過對CO的大量觀測得到瞭CO在銀河系中的豐度分佈和速度分佈。發現CO比中性氫原子更向銀河系內部和更向銀道面集中，呈現塊狀形態。根據對年輕恒星和超新星遺跡在銀河系中分佈的研究，發現它們與CO、H2分子的分佈十分相似，都是在距銀心4～8千秒差距范圍內出現極大（見圖），這說明CO與恒星的形成和演化有著密切的關系。對一些河外星系的CO譜線觀測表明，河外星系具有類似銀河系的旋渦結構、膨脹、旋轉運動的圖像，這對於星系核、星系整體結構的研究也都有著重要的意義。另外，通過對星際空間中廣泛存在的穩定的CO同位素分子的檢測，可以得到同位素12C/13C的比例關系。這對於瞭解銀河系的同位素分佈、核演化史都是十分有用的資料。
