IRS 3 — одна из ярчайших звезд в инфракрасном диапазоне в центральной части Галактики. Она относится к так называемой асимптотической ветви гигантов AGB — стареющим светилам, которые на позднем этапе эволюции сбрасывают внешние слои.
Газ, выбрасываемый звездой, удаляется от ее поверхности, расширяется и остывает. В более холодных слоях атомы тяжелых элементов соединяются в молекулы и твердые соединения, из которых формируются пылевые частицы — в частности, силикаты и оксид алюминия. Так вокруг звезды возникает огромная оболочка, которая у IRS 3 простирается примерно на 0,16 светового года.
Особенно интересно, что светило находится близко к Стрельцу А* (на расстоянии 0,55 светового года). То есть в центре Млечного Пути расположен мощный источник излучения, а окружающий газ движется с большой скоростью. Такие условия могут разрушать оболочки светил. Именно поэтому ученые хотели понять, продолжает ли IRS 3 производить пыль и может ли вода сохраняться в ее оболочке.
Для этого астрономы использовали инфракрасный спектрометр MIRI, установленный на борту космического телескопа «Джеймс Уэбб». С его помощью можно определить состав вещества по спектру — набору характерных следов, которые разные атомы и молекулы оставляют в излучении. Наблюдения охватили диапазон от 4,9 до 27,9 микрометра.
В спектре выявили две заметные особенности, связанные с силикатами — соединениями кремния и кислорода, из которых во многом состоит космическая пыль. По соотношению этих признаков исследователи определили, что IRS 3 относится к богатым кислородом светилам AGB типа. Ранее ее классифицировали как богатую углеродом.
Затем ученые составили 105 компьютерных вариантов внешней оболочки звезды. Лучшим объяснением наблюдений стала система из нескольких слоев. Вблизи светила температура достигала примерно 940 градусов Цельсия — в таких условиях может формироваться оксид алюминия. Далее вещество остывает, и в оболочке преобладают силикатные частицы. В самых внешних слоях температура падает до минус 173-190 градусов Цельсия.
Такая структура, судя по всему, связана с периодическими выбросами вещества: каждый мощный эпизод потери массы оставляет вокруг звезды новый слой газа и пыли. По расстоянию слоев оболочки светила ученые оценили, когда эти выбросы могли произойти — от нескольких сотен до нескольких тысяч лет назад.
Главным открытием стало обнаружение воды. Изучив спектр в области примерно шести микрометров, исследователи нашли признаки поглощения, соответствующие молекулам H₂O. Это стало первым убедительным и важным свидетельством присутствия воды в оболочке IRS 3. Все потому, что звезда находится рядом со Стрельцом А*, где излучение должно затруднять существование молекул в целом.
Это стало первым убедительным свидетельством присутствия воды в оболочке IRS 3. Обнаружение особенно интересно, поскольку звезда расположена рядом со Стрельцом А*, где сильное излучение создает суровые условия для существования молекул. Тем не менее вода там сохраняется, оставляя заметный след в инфракрасном спектре звезды.
При этом светило теряет около 6 × 10⁻⁵ массы Солнца в год — огромный темп для звезды. То есть вместе с газом IRS 3 выбрасывает в окружающее пространство пыль и молекулы. Таким образом, даже в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры стареющее светило продолжает возвращать вещество в межзвездную среду.
Результаты научной работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.