Джеймс Уэбб обнаружил воду рядом с чёрной дырой в центре Млечного Пути

В непосредственной близости от сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути астрономы обнаружили условия, при которых могут сохраняться вода и космическая пыль. Наблюдения космического телескопа James Webb показали, что даже в крайне жёсткой среде вокруг Стрельца A* вещество, выбрасываемое стареющей звездой, не обязательно быстро разрушается.

Объектом наблюдений стала звезда IRS 3, расположенная всего примерно в 0,55 светового года от Стрельца A* — сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики. Для космических масштабов это очень небольшое расстояние. При этом вокруг звезды обнаружена обширная оболочка из пыли и газа, а в её составе впервые для этого объекта получены убедительные признаки присутствия воды.

Открытие важно не потому, что вода сама по себе является редкостью в космосе. Вода встречается в самых разных областях Вселенной. Необычным является место, где она обнаружена: центральная область Млечного Пути, находящаяся под воздействием интенсивного излучения и сложной динамики окружающей среды.

Звезда в экстремальном окружении

IRS 3 относится к стареющим звёздам, находящимся на поздней стадии эволюции, которая называется асимптотической ветвью гигантов. Такие звёзды значительно отличаются от обычных звёзд главной последовательности.

На этом этапе звезда становится огромной, относительно холодной и очень яркой. Она постепенно теряет внешние слои, выбрасывая вещество в окружающее пространство мощным звёздным ветром.

Именно этот процесс имеет большое значение для химической эволюции галактик. Материал, выброшенный умирающими звёздами, становится частью межзвёздной среды. Из него впоследствии могут формироваться новые звёзды и планетные системы.

Однако в случае IRS 3 возникает важная проблема. Звезда находится в самом центре Млечного Пути, рядом со сверхмассивной чёрной дырой, поэтому её окружение существенно отличается от условий, в которых обычно исследуют поздние стадии звёздной эволюции.

Всего 0,55 светового года от Стрельца A*

Стрелец A* находится в центре Млечного Пути и представляет собой сверхмассивную чёрную дыру. Несмотря на то что она расположена примерно в 26 тысячах световых лет от Земли, её гравитационное влияние определяет динамику ближайшей области галактического центра.

IRS 3 находится примерно в 0,55 светового года от неё. Это около 35 тысяч астрономических единиц.

Астрономическая единица — среднее расстояние между Землёй и Солнцем. Таким образом, оболочка звезды и сама звезда находятся в центральной области Галактики, где плотность звёзд, интенсивность излучения и динамические процессы значительно отличаются от условий в окрестностях Солнца.

Ранее оставалось неясным, способны ли стареющие звёзды в такой среде продолжать эффективно выбрасывать и формировать пыль.

Наблюдения James Webb показали, что способны.

Что обнаружил телескоп James Webb

Для исследования IRS 3 использовали среднеинфракрасный инструмент MIRI, установленный на космическом телескопе James Webb.

Инфракрасное наблюдение особенно важно для подобных объектов. Центральная область Млечного Пути содержит большое количество пыли, которая затрудняет изучение многих объектов в видимом диапазоне. Инфракрасное излучение позволяет значительно эффективнее исследовать скрытые за пылью области и определять свойства вещества вокруг звёзд.

В случае IRS 3 телескоп получил непрерывный среднеинфракрасный спектр звезды. Именно спектральные особенности позволили определить химический состав окружающего материала.

Наблюдения показали две выраженные инфракрасные особенности, связанные с силикатной пылью. Силикаты содержат кремний и кислород.

Это позволило определить, что IRS 3 является кислородно-богатой звездой поздней стадии эволюции.

Звезду раньше могли считать углеродной

Особенно интересным результатом стало изменение представлений о химическом составе IRS 3.

Предыдущие исследования допускали, что звезда может быть богатой углеродом. Новые данные James Webb показали другую картину.

Инфракрасный спектр свидетельствует о наличии силикатной пыли, что указывает на кислородно-богатую природу объекта.

Это важно для понимания того, какое именно вещество звезда выбрасывает в окружающее пространство.

Состав пыли связан с химической эволюцией звезды и определяет, какие элементы и соединения она возвращает в межзвёздную среду.

Огромная оболочка вокруг звезды

Вокруг IRS 3 сформировалась протяжённая оболочка из вещества, которое звезда постепенно теряет.

По результатам моделирования её структура имеет слоистый, оболочечный характер и простирается примерно на 10 000 астрономических единиц от звезды.

Температура вещества внутри оболочки сильно изменяется с расстоянием от звезды.

Вблизи звезды температура достигает примерно 1200 кельвинов, то есть около 930 градусов Цельсия. Во внешней части оболочки она снижается примерно до 100 кельвинов — около −173 градусов Цельсия.

Таким образом, вокруг одной звезды существует огромная структура, в которой вещество постепенно переходит от очень горячих внутренних областей к значительно более холодным внешним слоям.

Вода оказалась главным сюрпризом

Наиболее важным результатом наблюдений стало обнаружение признаков воды в оболочке IRS 3.

Это первое убедительное обнаружение воды для данного объекта.

Здесь необходимо учитывать, что астрономы не наблюдали «капли воды» или какой-либо аналог земного водоёма. В данном случае речь идёт о молекулах воды в газовой и окружающей звезду среде.

Инфракрасная спектроскопия позволяет определить присутствие определённых молекул по характерным особенностям их излучения.

Поэтому обнаружение воды в данном случае означает выявление спектрального признака, соответствующего молекулам H₂O.

Почему вода вообще может существовать рядом с чёрной дырой

Главная причина неожиданности заключается не в самой воде, а в условиях вокруг неё.

Центр Млечного Пути является чрезвычайно сложной средой. Там находится сверхмассивная чёрная дыра, множество звёзд, газ, пыль и различные источники излучения.

Ожидалось, что интенсивное воздействие окружающей среды может существенно ограничивать способность молекул и пылевых частиц сохраняться.

Однако оболочка IRS 3 представляет собой достаточно плотную структуру, выброшенную самой звездой.

Внутри такой оболочки вещество может быть экранировано от части внешнего воздействия. Кроме того, постоянно происходящий выброс нового материала означает, что звезда сама поддерживает окружающую её оболочку.

Поэтому даже в экстремальной среде могут существовать относительно защищённые области.

Вода не означает наличие жизни

Обнаружение воды возле Стрельца A* не является признаком существования жизни.

Вода широко распространена во Вселенной и обнаруживается в газовых облаках, вокруг молодых звёзд, на кометах, в планетных системах и в атмосферах некоторых планет.

Её наличие само по себе не говорит о биологической активности.

Значение нынешнего результата связано с физикой и химией вещества около галактического центра: исследователи получили свидетельство того, что молекулярный материал может сохраняться в гораздо более жёстких условиях, чем предполагалось.

Старые звёзды продолжают обогащать космос

IRS 3 показывает важный этап жизненного цикла звёзд.

Звезда не просто постепенно расходует собственное вещество. На поздних стадиях она активно возвращает часть материала в окружающую среду.

Мощные звёздные ветры уносят наружные слои в космическое пространство. В результате вокруг звезды формируется оболочка из газа и пыли.

В более спокойных областях галактики такой процесс хорошо известен.

Новое наблюдение показывает, что он может происходить и в непосредственной близости от галактического центра.

Это означает, что стареющие звёзды могут продолжать участвовать в химическом обогащении центральных областей галактик даже при крайне неблагоприятных условиях.

Откуда берётся космическая пыль

Космическая пыль имеет огромное значение для эволюции галактик.

Она состоит из очень небольших твёрдых частиц, содержащих различные элементы и соединения. Пыль поглощает и рассеивает свет, влияет на химические процессы в межзвёздном газе и участвует в формировании звёзд и планет.

Для галактик особенно важно постоянное пополнение запасов пыли.

Одним из источников такого материала являются стареющие звёзды, которые теряют внешние слои.

Когда выброшенное вещество оказывается в межзвёздном пространстве, оно может стать частью будущих облаков газа и пыли.

Именно поэтому процессы вокруг IRS 3 имеют значение далеко за пределами одной звезды.

Материал от старых звёзд становится сырьём для новых

В космосе постоянно происходит переработка вещества.

Звёзды формируются из газа и пыли. В процессе своей эволюции они изменяют химический состав вещества внутри себя. Затем часть этого материала возвращается в космос.

Следующие поколения звёзд формируются уже из обогащённого вещества.

Планеты также возникают из материала вокруг молодых звёзд.

Таким образом, вещества, выбрасываемые стареющими звёздами, в далёкой перспективе могут стать частью новых звёздных и планетных систем.

Это один из фундаментальных процессов галактической эволюции.

Особенно важен галактический центр

Центр Млечного Пути долгое время считался одним из наиболее сложных мест для изучения звёздной эволюции.

Причина заключается в высокой плотности звёзд и сложной структуре окружающей среды.

Здесь наблюдаются сильные магнитные поля, интенсивное излучение, плотные газовые структуры и большое количество звёзд, находящихся на относительно небольших расстояниях друг от друга.

В центре также находится Стрелец A*.

Поэтому процессы, которые происходят вокруг обычных звёзд в более спокойных частях Галактики, могут здесь протекать иначе.

IRS 3 находится в очень необычной части Млечного Пути

В галактическом центре наблюдается целый набор объектов, представляющих интерес для астрономов.

Некоторые звёзды движутся вокруг Стрельца A* по очень вытянутым орбитам. Другие находятся в плотных звёздных скоплениях. Между звёздами присутствуют газ и пыль.

IRS 3 выделяется своей яркостью в среднем инфракрасном диапазоне и большой пылевой оболочкой.

Теперь стало ясно, что эта оболочка содержит кислородно-богатую силикатную пыль и воду.

Что позволил увидеть MIRI

James Webb оснащён несколькими научными инструментами, работающими в различных диапазонах инфракрасного излучения.

MIRI предназначен для наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне.

Это особенно полезно для исследования относительно холодного вещества, пыли и молекул.

В случае IRS 3 именно MIRI позволил получить спектр, в котором стали заметны особенности силикатной пыли и признаки воды.

Без таких спектроскопических наблюдений было бы гораздо сложнее определить химическую природу оболочки.

Почему инфракрасный диапазон так важен для центра Галактики

С Земли центр Млечного Пути нельзя непосредственно рассмотреть в видимом свете как область, заполненную отдельными звёздами.

Между нами и галактическим центром находятся огромные количества межзвёздной пыли.

Она поглощает значительную часть видимого света.

Инфракрасное излучение проходит через пылевые области значительно эффективнее, поэтому инфракрасные телескопы являются важнейшими инструментами для изучения центра нашей Галактики.

James Webb сочетает высокую чувствительность с возможностью проводить спектроскопические исследования, что особенно важно для определения состава вещества.

Масса IRS 3 значительно больше солнечной

По данным наблюдений и моделирования, масса IRS 3 составляет примерно шесть масс Солнца. Возраст звезды оценивается примерно в 72 миллиона лет.

Для звезды, находящейся на поздней стадии эволюции, это относительно молодая по космическим меркам система, однако её масса существенно больше солнечной.

Такие звёзды эволюционируют быстрее, чем звёзды малой массы.

Сейчас IRS 3 активно теряет вещество, формируя окружающую её протяжённую оболочку.

Звезда буквально отдаёт своё вещество окружающему космосу

Мощный звёздный ветер постепенно уносит внешние слои IRS 3.

Этот процесс нельзя сравнивать с взрывом сверхновой: речь идёт о длительной потере массы.

Звезда постепенно выбрасывает материал в окружающее пространство.

Именно этот материал формирует оболочку, которую наблюдает James Webb.

Для астрономов такая оболочка является своеобразной записью процесса эволюции звезды.

Изучая её состав, структуру и температуру, можно восстановить свойства происходящих вокруг звезды процессов.

Вода может образовываться в оболочке звезды

Обнаружение воды особенно важно потому, что оно показывает возможность существования молекулярного вещества в этой области.

Вокруг стареющих звёзд химические процессы происходят в выброшенном газе и пыли.

По мере расширения оболочки её температура снижается, а химические условия меняются.

В определённых областях могут образовываться и сохраняться различные молекулы.

Наблюдения IRS 3 показывают, что даже воздействие центральной области Млечного Пути не уничтожает весь молекулярный материал вокруг стареющей звезды.

Экстремальная среда не уничтожает всё вещество

Одним из важных выводов работы стало понимание того, что воздействие галактического центра нельзя рассматривать как однородное разрушительное поле.

Даже вблизи сверхмассивной чёрной дыры могут существовать различные физические условия.

Плотная оболочка вокруг звезды способна экранировать внутренние области.

Кроме того, сама звезда постоянно выбрасывает новый материал.

В результате внутри оболочки могут существовать условия, при которых пыль и молекулы сохраняются.

Именно поэтому обнаружение воды не противоречит экстремальности галактического центра.

Это меняет представления о звёздах в центрах галактик

Ранее считалось, что экстремальные условия в центральных областях галактик могут существенно препятствовать формированию и сохранению пыли.

IRS 3 показывает, что по крайней мере некоторые стареющие звёзды способны продолжать производство и выброс пыли даже там.

Это означает, что вклад таких звёзд в химическое обогащение галактических центров может быть больше, чем предполагалось.

Особенно важно, что речь идёт не только о пыли, но и о молекулярном веществе.

Необычная находка помогает лучше понять жизненный цикл вещества

Астрономы изучают не только то, как рождаются звёзды, но и то, что происходит с веществом после их смерти.

IRS 3 находится на позднем этапе своей жизни.

Она ещё не завершила эволюцию, но уже активно возвращает вещество в космическую среду.

В будущем этот материал перестанет быть частью звезды и станет компонентом межзвёздной среды.

Подобные процессы помогают объяснить, каким образом галактики постепенно изменяют свой химический состав.

Центральная чёрная дыра не «поглощает» всё вокруг

Наличие Стрельца A* рядом с IRS 3 не означает, что вся материя в окрестностях неизбежно падает в чёрную дыру.

Сверхмассивная чёрная дыра действительно обладает огромным гравитационным воздействием, но звёзды и газ на определённых расстояниях могут находиться на устойчивых орбитах.

IRS 3 находится достаточно далеко от горизонта событий, чтобы продолжать существовать как отдельная звезда.

Её вещество взаимодействует с окружающей средой, но сама звезда не падает непосредственно в чёрную дыру.

Это важное отличие реальной астрофизики от распространённого представления о чёрных дырах как о космических объектах, которые мгновенно поглощают всё вокруг.

Где находится вода

Вода была обнаружена не на поверхности IRS 3 и не внутри самой звезды.

Речь идёт о газовой оболочке, окружающей звезду.

Это принципиальная деталь, поскольку условия внутри звезды совершенно иные.

Материал оболочки выбрасывается звездой наружу, расширяется и постепенно охлаждается.

Именно в этой внешней среде были выявлены признаки молекул воды.

Оболочка имеет сложную структуру

Исследователи не ограничились простой оценкой наличия пыли.

Они сопоставили спектральные данные James Webb с моделями распространения излучения в окружающей звезду оболочку.

Это позволило восстановить её структуру.

Получилась слоистая система, в которой температура и свойства вещества изменяются с расстоянием от звезды.

Такая модель помогает понять, где именно могут существовать различные химические компоненты.

Почему обнаружение воды важно для будущих исследований

Если вода и пыль способны сохраняться рядом с галактическим центром, это означает, что химические процессы там могут быть значительно разнообразнее, чем считалось.

Следовательно, центральные области галактик нельзя рассматривать только как разрушительные среды, где сложные молекулы быстро исчезают.

В некоторых случаях там могут существовать небольшие локальные области, в которых вещество защищено от наиболее жёсткого воздействия.

Это может иметь значение для понимания химической эволюции галактических центров не только Млечного Пути, но и других галактик.

Новое наблюдение не говорит о существовании планет возле IRS 3

Наличие воды и пыли вокруг стареющей звезды не означает, что рядом с ней существуют планеты.

Для формирования планетной системы необходимы определённые условия и длительный процесс.

IRS 3 сама находится на поздней стадии эволюции и активно теряет массу.

Поэтому обнаруженная оболочка представляет собой прежде всего выброшенное звездой вещество, а не молодую протопланетную систему.

Связывать эту находку непосредственно с наличием планет было бы неправильно.

Но вещество действительно может участвовать в будущих поколениях планет

При этом материал, который звезда выбрасывает в космос, в более широком смысле может стать частью будущих поколений звёзд и планет.

Вещество не исчезает после окончания жизни конкретной звезды.

Оно возвращается в межзвёздную среду.

В течение миллионов и миллиардов лет оно может смешиваться с другим газом и пылью и участвовать в новых циклах звездообразования.

Именно так работает галактический круговорот вещества.

Наблюдения были проведены ещё в 2025 году

Данные, на которых основано исследование, были получены James Webb в 2025 году в рамках программы MICONIC — Mid-Infrared Characterisation of Nearby Iconic galaxy Centres.

Речь идёт о гарантированных наблюдениях с использованием MIRI. Результаты были опубликованы 11 августа 2026 года в журнале Astronomy & Astrophysics.

Таким образом, между проведением наблюдений и публикацией научных результатов прошёл определённый период, необходимый для анализа данных, моделирования и подготовки исследования.

Что именно изменилось благодаря James Webb

Главное преимущество James Webb в данном случае заключается не просто в высокой чувствительности.

Телескоп позволил получить подробный среднеинфракрасный спектр объекта.

Спектр содержит информацию о составе вещества.

По характерным особенностям излучения исследователи смогли определить присутствие силикатной пыли и воды, а также уточнить химическую природу самой звезды.

Это существенно расширяет возможности исследования объектов, которые находятся в сложнейшей области Млечного Пути.

Открытие имеет значение для понимания галактической химии

Галактика постоянно перерабатывает вещество.

Звёзды формируются из газа, изменяют его химический состав и затем возвращают часть материала в окружающее пространство.

Стареющие звёзды являются важным источником пыли.

Если такие звёзды эффективно продолжают снабжать центральные области галактик пылью и молекулами, это необходимо учитывать в моделях их эволюции.

IRS 3 предоставляет непосредственное наблюдение такого процесса в экстремальной среде.

Самый важный вывод

Наблюдения James Webb показывают, что даже в непосредственной близости от сверхмассивной чёрной дыры могут сохраняться сложные химические компоненты.

Звезда IRS 3, находящаяся примерно в 0,55 светового года от Стрельца A*, активно теряет вещество и окружена огромной оболочкой из пыли и газа. Анализ её инфракрасного спектра показал, что пыль имеет кислородно-богатый силикатный состав, а в оболочке присутствует вода.

Исследование показывает, что галактический центр не является полностью разрушительной средой для молекулярного вещества. Несмотря на интенсивное излучение и сложные условия, стареющие звёзды способны продолжать выбрасывать материал, формировать пыль и сохранять молекулы в окружающих оболочках.

Это означает, что даже рядом со сверхмассивными чёрными дырами продолжается обычный для галактик процесс переработки вещества: старые звёзды возвращают материал в космическое пространство, а этот материал в дальнейшем может стать частью новых поколений звёзд и планет.

 

Источники:
Статья создана по материалам Space.com