Вода и пыль обнаружены у звезды рядом со сверхмассивной черной дырой

Центр Млечного Пути — одно из самых экстремальных мест в нашей галактике. Мощное излучение сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, высокоскоростные потоки газа и интенсивное звездообразование создают условия, которые, как считалось, разрушают сложные молекулы. Однако новое исследование показывает, что даже в такой суровой среде могут существовать удивительно устойчивые химические структуры.

Неожиданный источник пыли у черной дыры

Объектом наблюдения стала звезда IRS 3, относящаяся к асимптотической ветви гигантов (AGB) — стареющим светилам, которые на поздних стадиях эволюции сбрасывают внешние слои. Этот процесс сопровождается формированием обширной пылевой оболочки, простирающейся примерно на 0,16 светового года от звезды. Расположенная на расстоянии всего 0,55 светового года от Стрельца А*, IRS 3 представляет собой уникальную природную лабораторию для изучения химической эволюции вблизи черной дыры.

Газ, выбрасываемый звездой, расширяется и остывает. В более холодных областях атомы тяжелых элементов соединяются в молекулы и образуют твердые частицы — в основном силикаты и оксид алюминия. Анализ спектра, полученного инструментом MIRI в диапазоне от 4,9 до 27,9 микрометра, выявил две характерные особенности, связанные с силикатами — соединениями кремния и кислорода, основными компонентами космической пыли. Это позволило переклассифицировать IRS 3 как звезду, богатую кислородом, тогда как ранее ее относили к углеродным звездам.

Слоистая структура и следы воды

Для объяснения наблюдений ученые построили 105 компьютерных моделей оболочки. Наилучшее соответствие дала многослойная структура: в непосредственной близости от звезды температура достигает примерно 940 градусов Цельсия, что способствует формированию оксида алюминия. По мере удаления от светила вещество остывает, и доминирующими становятся силикатные частицы. В самых внешних слоях температура падает до значений от минус 173 до минус 190 градусов Цельсия.

Такая слоистость, вероятно, связана с периодическими мощными выбросами вещества. Оценив расстояния между слоями, астрономы заключили, что последние значительные эпизоды потери массы происходили от нескольких сотен до нескольких тысяч лет назад.

Ключевым результатом стало обнаружение воды. В спектре в области около шести микрометров были найдены признаки поглощения, соответствующие молекулам H₂O. Это первое убедительное свидетельство наличия воды в оболочке IRS 3. Удивительно, что вода сохраняется, несмотря на разрушительное излучение черной дыры.

Быстрая потеря массы и значение открытия

Светило теряет около 6 × 10⁻⁵ массы Солнца в год — это огромный темп для звезды. Вместе с газом IRS 3 выбрасывает в межзвездную среду пыль и молекулы, обогащая окружающее пространство сложными химическими соединениями. Таким образом, даже вблизи сверхмассивной черной дыры стареющие звезды продолжают играть важную роль в круговороте вещества.

Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics. Они открывают новые перспективы для понимания химической эволюции галактических центров и ставят вопрос о том, какие еще сложные молекулы могут существовать в таких экстремальных условиях.