[JWST] Пыль и вода выживают в двух шагах от сверхмассивной чёрной дыры

esawebb.com, Научный релиз, 11 августа 2026 года

В самом центре нашей Галактики, всего в чуть более чем половине светового года от сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A*, доживает свой век звезда IRS 3 — умирающий красный гигант, который вот уже десятилетиями сбивает с толку астрономов. Место вокруг Стрельца A* — одно из самых суровых во всей Галактике: жёсткое излучение, разрывающие приливные силы, интенсивный звёздный ветер соседей. Логично было бы ожидать, что там не выживет ни одна хрупкая пылевая оболочка. И тем не менее IRS 3 не просто выжила — по новым данным телескопа JWST она продолжает деловито производить свежую пыль, а в её оболочке впервые нашли и воду.

Именно эта звезда давно стала занозой в... ну, в общей картине: во внутреннем парсеке Галактики, где сосредоточены миллионы звёзд скопления ее ядра, старых звёзд-гигантов, окружённых плотными пылевыми оболочками, должно было бы быть много. На деле IRS 3 — практически единственная такая звезда, которую вообще удаётся разглядеть. Это явление у астрономов даже получило собственное имя — «парадокс пропавших красных гигантов»: то ли их там изначально было мало, то ли — что куда интереснее — их оболочки успевает содрать сама близость к чёрной дыре, прежде чем звёзды попадают в поле зрения телескопов.

Чтобы наконец разобраться, что происходит именно с IRS 3, авторы новой работы получили первый в истории непрерывный инфракрасный спектр звезды — раньше её изучали лишь фрагментами, потому что более старые инструменты попросту не могли разрешить её на фоне яркого центра Галактики. Спектрометр MIRI на JWST это ограничение снял: он разложил свет звезды на подробный «отпечаток пальца» её химии в среднем инфракрасном диапазоне, где как раз и прячутся характерные полосы поглощения от пыли и молекул.

Результат разрешил старый спор: раньше по обрывочным данным подозревали, что IRS 3 может оказаться углеродной звездой (то есть с химией, богатой углеродом, а не кислородом) — но новый полный спектр показывает две чёткие «подписи» силикатной пыли (характерные провалы поглощения на длинах волн 9.7 и 18.5 микрон), причём именно в том соотношении, которое дают только богатые кислородом звёзды. Значит, IRS 3 — самая обычная по химии кислородная AGB-звезда, просто попавшая в самое необычное на свете соседство.

А вот дальше начинается настоящая находка: авторы построили компьютерную модель того, как свет звезды рассеивается и поглощается в её собственной пылевой оболочке (представьте себе слоёную «луковицу» — горячую пыль близко к звезде, около 1200 градусов Кельвина, и постепенно остывающую до сотни градусов на внешнем краю оболочки радиусом в десять тысяч астрономических единиц), и обнаружили, что эта модель прекрасно воспроизводит наблюдаемый спектр только при условии, что звезда очень яркая (в 60 тысяч раз ярче Солнца) и продолжает активно терять массу — со скоростью примерно в шесть стотысячных долей массы Солнца в год. Это темп так называемой «сверхветровой» фазы — заключительного, самого щедрого этапа жизни AGB-звезды перед тем, как она сбросит внешние слои окончательно и обнажит будущий белый карлик.

И именно в этой модели, отдельной узкой полоской поглощения около 6 микрон, впервые для этой звезды нашлась вода. Открытие по-настоящему красноречивое: оно доказывает, что даже в считаных световых годах от сверхмассивной чёрной дыры, под непрерывным жёстким излучением, простые молекулы вроде H₂O не просто образуются, но и умудряются выживать в толще пылевой оболочки, не будучи мгновенно разрушенными.

Есть в статье и красивая деталь на стыке нескольких наблюдений: у IRS 3 есть собственная ударная волна — «нос корабля», который звезда пропахивает сквозь окружающий межзвёздный газ на скорости около сотни километров в секунду. По одному расстоянию от звезды до фронта этой ударной волны авторы независимо перепроверили темп потери массы — и получили ту же самую цифру, что и из полной спектральной модели. Два совершенно разных метода, одна и та же оценка — редкий случай, когда результат подтверждается сам себя.

Осторожная гипотеза авторов такова: возможно, именно необычно высокий темп потери массы и спасает IRS 3 там, где другие звёзды её же типа давно лишились своих оболочек. Если так, «парадокс пропавших красных гигантов» решается не отсутствием звёзд как таковых, а тем, что выживают на виду только самые «щедрые» из них — те, что производят пыль быстрее, чем окружение успевает её содрать. Заодно эта же самая пыль, судя по всему, пополняет и без того богатый металлами резервуар вещества в самом сердце Галактики — так что даже в такой немыслимой близости от чёрной дыры звёзды продолжают заниматься своим обычным делом: рассеивать вокруг себя то, из чего однажды родятся новые звёзды и планеты.

✊

----

ДОМАШНЕЕ ЧТЕНИЕ

Наблюдения богатой кислородом звезды асимптотической ветви гигантов IRS 3 с помощью MIRI/JWST

F. Peißker, M. García Marín, A. Eckart, G. Wright, O. C. Jones, D. Dicken, A. Alonso Herrero, D. Rouan, D. Law, T. Böker, T. Henning, M. Baes, A. Labiano, L. Pantoni, L. Hermosa Muñoz, P. O. Lagage, P. van der Werf, G. Östlin, J. A. D. L. Blommaert, M. Güdel и P. Guillard

Получено: 3 апреля 2026 года
Принято: 28 мая 2026 года

Аннотация

Контекст. Исследования межзвёздной среды (ISM) неоднократно выявляли признаки присутствия пыли, образовавшейся в оболочках звёзд асимптотической ветви гигантов (AGB), что указывает на связь между составом пыли межзвёздной среды и составом оболочек AGB-звёзд. Исследование этой связи в экстремальной среде с мощным излучением, окружающей Sgr A* — центр нашей Галактики, — позволяет выяснить, как подобные условия могут влиять на состав пыли и круговорот вещества в центрах галактик.

Цели. IRS 3 — самый яркий источник в L-диапазоне в центре Галактики и наиболее заметная AGB-звезда во внутреннем парсеке Млечного Пути. Она окружена пылевой оболочкой с оценочным радиусом около 10 000 а.е. Наша цель — провести всесторонний спектральный анализ, чтобы точнее определить состав пыли и виды частиц, ответственных за спектральные линии в оболочке IRS 3, расположенной в непосредственной близости от Sgr A*.

Методы. В 2025 году в рамках программы гарантированного времени наблюдений (GTO) Mid-Infrared Characterisation of Nearby Iconic Galaxy Centres (MICONIC) мы наблюдали внутренний парсек Млечного Пути с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона MIRI на борту космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Для исследования спектроскопических характеристик AGB-звезды IRS 3, находящейся в проекции примерно в 0,17 парсека от Sgr A*, использовался спектрограф среднего разрешения MIRI (MRS).

Результаты. После коррекции поглощения излучения пылью на переднем плане вдоль луча зрения с использованием кривой поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, построенной по звёздам, мы обнаружили в спектре IRS 3 широкую полосу силикатов на длине волны 9,7 мкм, связанную с колебаниями связи Si–O, а также полосу поглощения на 18,5 мкм, соответствующую деформационным колебаниям O–Si–O.

Для моделирования наблюдаемого спектра IRS 3 мы использовали код переноса излучения Hyperion. Наилучшее соответствие наблюдениям было получено при светимости звезды 60 000 L⊙. Согласно нашей модели, оболочка имеет многослойную структуру со значительным градиентом температуры между внутренними и внешними слоями. Сочетание оксида алюминия и аморфных силикатов хорошо воспроизводит наблюдаемый спектр. Мы оцениваем массу звезды примерно в 6 M⊙, а соответствующий возраст — приблизительно в 72 млн лет. Впервые в оболочке IRS 3 обнаружены явные признаки присутствия воды.

Выводы. На основании наблюдений MIRI MRS и моделирования спектра мы заключаем, что пылевая оболочка IRS 3 соответствует оболочечной структуре с градиентом температуры около 1000 K. Анализ спектра MIRI MRS выявляет присутствие аморфных силикатов, Al₂O₃ и H₂O.

Отношение оптической глубины силикатной полосы колебаний Si–O на 9,7 мкм к полосе деформационных колебаний O–Si–O составляет 3,5 ± 0,1, что позволяет классифицировать IRS 3 как звезду, богатую кислородом.

Кроме того, принимая скорость звёздного ветра равной v_w = 15 км/с, мы оцениваем темп потери массы в 6 \times 10^{-5}\ M_\odot в год и обнаруживаем H₂O в оболочке IRS 3. Этот результат показывает, что суровая среда в окрестностях Sgr A*, где доминирует мощное излучение, не препятствует ни образованию пыли, ни сохранению таких молекул, как H₂O.