IRS 3 prie Paukščių Tako juodosios skylės: atrastas vanduo

Tai nėra tylus išblukimas į tamsą. Netoli Paukščių Tako centrinės juodosios skylės brandi žvaigždė IRS 3 išmeta dujas ir dulkes tokiu greičiu, kuris stebina astronomus, plėsdama plačią medžiagos apvalkalą į aplinką, kurią anksčiau laikė per priešiška molekulėms išgyventi.

Kaip Webb pakeitė vaizdą

Scena aiškėja dėka Jameso Webbo kosminio teleskopo ir jo vidutinės infraraudonosios srities instrumento MIRI. Naudodamas vidutinio bangos ilgio infraraudonąją šviesą, Webb atskleidžia dulkių terminę emisiją ir molekulių spektro pėdsakus, leidžiančius astronomams nubrėžti tiek IRS 3 apvalkalo dydį, tiek jo cheminę sudėtį. Stebėjimus vykdžiusią komandą vadovauja PD Dr. Florian Peißkeris iš Kelnų universiteto, o jų rezultatai publikuojami žurnale Astronomy & Astrophysics.

IRS 3 yra maždaug 0,6 šviesmečio nuo Sagitariuso A*, tai atitinka apie 42 000 astronominių vienetų. Mąstymo mastui: Voyageris 1, tolimiausias žmonijos zondas, tokiam atstumui įveikti esamu greičiu prireiktų maždaug 10 000 metų. Galaktikos mastu IRS 3 yra neįprastai arti supermasyvios juodosios skylės.

Žvaigždė supervėjo fazėje

Nauji stebėjimai peržiūri ankstesnes idėjas apie IRS 3. Anksčiau objektas buvo mįslingas; dabar MIRI duomenys rodo fazę, astronomų vadinamą supervėju. Šis terminas apibūdina masyvios žvaigždės vėlyvą stadiją, kai spinduliuotės slėgis ir vidaus procesai išstumia didžiulius masės kiekius. IRS 3 atveju netektys yra ryškios: maždaug viena Žemės masė kas 18 dienų išmetama į kosmosą, nuolat pripūsdama apvalkalą, kuris siekia apie 10 000 astronominių vienetų nuo žvaigždės.

Toks masės netekimo tempas paaiškina dvi priežastis iš karto: kodėl apvalkalas toks didelis ir kodėl jis išlieka tankus nepaisant chaotiškos aplinkos prie Galaktikos centro. Tankios dulkių ir dujų sankaupos gali išgyventi spinduliuotę ir smūgius daug ilgiau nei difuzinė plėvelė.

Mūsų galaktikos centras ir supermasyvios juodosios skylės Sgr A* apylinkės.

Vanduo ten, kur jo galbūt nesitiki

Dar įspūdingesnė yra cheminė sudėtis to apvalkalo viduje. Webb aptiko požymių, atitinkančių vandenį. Galaktikos centras yra apmirkęs aukštos energijos fotonais, žvaigždžių vėjais ir praeities Sgr A* aktyvumu, kurie teoriškai turėtų naikinti trapias molekules. Vis dėlto vanduo, atrodo, išgyvena IRS 3 kokone.

Kodėl tai svarbu? Nes tai rodo, kad žvaigždės šalia supermasyvios juodosios skylės gali į savo aplinką įpūsti molekulinę medžiagą. Tarp tų molekulių yra ir organinei chemijai susijusių rūšių, o jų ištvėrimas iškelia klausimus apie prielaidas, kaip ekstremalios aplinkos išvalo tarpžvaigždinę terpę. Radinys rodo sudėtingesnę ir atsparesnę cheminię struktūrą mūsų galaktikos centrinėje parseke nei tai buvo siūlę modeliai.

Skaičiai, kurie patraukia dėmesį

• Atstumas iki Sgr A*: apie 0,6 šviesmečio (42 000 AU)
• Apvalkalo išsiplėtimas: maždaug 10 000 AU
• Masės netekimo greitis: apie 1 Žemės masė kas 18 dienų
• Instrumentas: JWST MIRI (vidutinės infraraudonosios srities)

IRS 3 masės netekimo mastas ir tempas kelia klausimų apie tiekimą ir likimą. Ar dalis šios medžiagos skirta slinkti link vidaus ir maitinti juodąją skylę? Ar ji susimaišys su kita dujų mase centrinėje molekulinėje zonoje, ar susiformuos naujos, šaltesnės sankaupos, kurios išgyvens tūkstantmečius? Vien stebėjimų nepakanka atsakyti į visus klausimus, tačiau jie pateikia naujus apribojimus teoriniams modeliams.

Kas toliau: instrumentai ir pasekmės

Kelnų universiteto mokslininkai, įskaitant grupes, kurias vadovauja profesorius dr. Lucas Labadie, jau rengia tęstinius tyrimus su naujos kartos žemės stebėjimo priemonėmis. Ekstremaliai Didelis Teleskopas (ELT), aprūpintas METIS vidutinės infraraudonosios srities instrumentu, turėtų išspręsti smulkesnę struktūrą IRS 3 apvalkale ir tiksliau ištirti dulkių bei dujų temperatūrą ir sudėtį.

Geresnis erdvinis raiškumas padės nustatyti, ar ištekėjimas yra izotropinis, ar formuojamas dvigubos sąveikos, ar suformuotas Galaktikos centro žiaurių potvynių jėgų. Kiekvienas scenarijus teikia skirtingas pasekmes tam, kaip medžiaga cirkuliuoja prie Sgr A* ir dulkių bei molekulių gyvenimo ciklui regione.

Eksperto įžvalga

"IRS 3 suteikia laboratoriją labai arti supermasyvios juodosios skylės, kur žvaigždinė grįžtamoji sąveika ir chemija sąveikauja netikėtais būdais," sakė su tyrimu susipažinęs astrofizikas. "Vandens aptikimas tokioje artumoje verčia iš naujo pagalvoti, kaip molekulės formuojasi ir išgyvena stiprių spinduliuotės laukų sąlygomis. Būsimi ELT stebėjimai bus raktas, padėsiantis išnarplioti šią mįslę."

Išvada

IRS 3 yra daugiau nei astronominė įdomybė. Tai dinamiškas veikėjas Paukščių Tako centrinėje aplinkoje, generuojantis medžiagos srautą, kuris keičia vietinę cheminię sudėtį ir galbūt maitina Sagitariuso A* aplinką. Webb vidutinės infraraudonosios srities žvilgsnis atskleidė žvaigždę, kuri išmeta savo išorinius sluoksnius ekstremaliais tempais, o vandens atradimas prideda cheminį posūkį, kuris ilgus metus formuos stebėjimus ir teorijas.