Ein Team unter der Leitung des Astrophysikers Florian Peißker von der Universität Köln hat mithilfe des Webb-Teleskops eine überraschende Entdeckung gemacht. Wie in einer in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlichten Studie zu lesen ist, wiesen die Wissenschaftler:innen in der Hülle des sterbenden Sterns IRS 3 intakte Wassermoleküle nach.
Bei diesem Stern handelt es sich um einen entwickelten AGB-Stern (asymptotischer Riesenast). Modellrechnungen zufolge besitzt der Himmelskörper etwa sechs Sonnenmassen und ist schätzungsweise 72 Millionen Jahre alt. In diesem späten Entwicklungsstadium hat der Himmelskörper seinen primären Brennstoff im Kern verbraucht, bläht sich stark auf und verbrennt seine verbliebenen Reserven nur noch in den äußeren Schalen. Dabei stößt IRS 3 große Mengen Gas und Staub ab, die eine ausgedehnte zirkumstellare Hülle bilden.
Spektroskopischer Nachweis mit MIRI
Mit dem Mittelinfrarot-Instrument MIRI analysierte das Team das Licht von IRS 3. Dabei fanden die Wissenschaftler:innen anhand der absorbierten Wellenlängen im kontinuierlichen Infrarotspektrum deutliche Merkmale von sauerstoffreichem Silikatstaub sowie erstmals Wasser. Wie Space Daily treffend anmerkt, hat Webb dabei natürlich keine „Wassertropfen fotografiert“. Das Instrument habe vielmehr etwas „weniger Visuelles und dafür Diagnostischeres“ geleistet und den spektroskopischen Fingerabdruck im Infrarotlicht erfasst.
Die Beobachtungen fanden im Rahmen des sogenannten Miconic-Programms (Mid-Infrared Characterisation of Nearby Iconic Galaxy Centres) statt, das von der Esa-Wissenschaftlerin Macarena Garcia Marin geleitet wird. Eine der größten Herausforderungen bei dem Blick in das galaktische Zentrum ist die enorme Menge an interstellarem Staub, die sich zwischen der Erde und dem Beobachtungsobjekt befindet.
Um das eigentliche Signal von IRS 3 zu isolieren, mussten die Astronom:innen die Spektraldaten anhand verschiedener Korrekturmodelle um die Störeffekte dieses Vordergrundstaubs bereinigen. Erst diese detaillierte mathematische Korrektur legte die tatsächlichen Absorptionslinien offen.
Die Daten und Modellrechnungen sprechen für eine geschichtete Staubstruktur, die sich über eine Ausdehnung von ungefähr 10.000 Astronomischen Einheiten, also rund 1,5 Billionen Kilometern, erstreckt. Diese komplexe Hülle liefert eine plausible Erklärung dafür, warum Moleküle in der dichten Hülle trotz der Strahlungsumgebung überdauern könnten.
Die Modellrechnungen zeichnen zudem ein detailliertes Bild der physikalischen Bedingungen innerhalb dieses Schutzschildes. Die Temperaturen reichen von etwa 1.200 Kelvin (rund 930 Grad Celsius) in Sternnähe bis auf ungefähr 100 Kelvin, also minus 173 Grad Celsius, in den äußeren Bereichen. Dieser enorme Temperaturgradient ermöglicht die Bildung unterschiedlicher Schichten: Während in der heißen, inneren Region hitzebeständiges Aluminiumoxid dominiert, kondensieren weiter außen amorphe Silikate und bieten dem gasförmigen Wasser einen stabilen Rückzugsraum.
IRS 3: Bugwelle verrät extremen Masseverlust
Das von IRS 3 abgestoßene Material interagiert zudem massiv mit der extremen Umgebung. Die Infrarotdaten zeigen einen ausgeprägten sogenannten Bugstoß (Bow Shock). Dabei handelt es sich um eine Art Bugwelle, die entsteht, wenn der intensive Sternwind mit hoher Geschwindigkeit auf das interstellare Medium prallt.
Aus der Distanz dieser Schockfront zum Stern ließ sich der konkrete Masseverlust berechnen: Jährlich stößt IRS 3 Gas und Staub im Umfang von etwa 20 Erdmassen ab. Diese enorme Auswurfrate ist typisch für die sogenannte Superwind-Phase von Sternen am Ende ihrer Existenz.
Sternwind: Bausteine für neue Himmelskörper
Über diesen Sternwind reichert IRS 3 seine galaktische Nachbarschaft kontinuierlich an. Das ausgeworfene Material könnte fundamentale Bausteine für die künftige Entstehung von Sternen und Planeten liefern. Dass dieser kosmische Recyclingprozess selbst im aggressiven Strahlungsfeld eines supermassereichen Schwarzen Lochs stattfinden kann, ist die eigentliche Überraschung der Beobachtungen.
Offen bleibt jedoch, wie lange die schützende Hülle Bestand hat. Die Studie liefert eine Momentaufnahme, erlaubt aber keine abschließenden Prognosen darüber, wie sich die Moleküle fernab des Sterns im ungeschützten interstellaren Raum langfristig entwickeln werden.
