Staub und Wasser im Umfeld des zentralen Schwarzen Lochs
Eine unerwartete Entdeckung: In der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs Sagittarius A* in unserer Galaxis wurden Wasser und Staub nachgewiesen. Eigentlich sollten die Bedingungen in dieser Region des Weltalls so etwas nicht zulassen.
Etwa 26 000 Lichtjahre von uns entfernt liegt das galaktische Zentrum im Sternbild Schütze, lateinisch: Sagittarius, in dem sich das massereiche Schwarze Loch Sagittarius A* (Sgr A*) befindet, das 4,1 Millionen Sonnenmassen auf sich vereint. In seinem unmittelbaren Umfeld herrschen extreme Bedingungen, weshalb eine Entdeckung eines Forschungsteams um Florian Peisker an der Universität zu Köln für Erstaunen sorgt: Nur etwa 0,55 Lichtjahre von Sgr A* entfernt wurden Staub und Wasserdampf nachgewiesen, die vom Riesenstern IRS 3 freigesetzt werden. Das zeigt, dass selbst im extrem strahlungsreichen Umfeld eines extrem massereichen Schwarzen Lochs Sterne die Bausteine künftiger nachfolgender Generationen von Sternen und Planeten produzieren können.
Der Stern ist ein Roter Überriese, relativ kühl und sehr hell. Er stösst grosse Mengen an Gas und Staub durch einen extremen Sternwind aus, wodurch IRS 3 einen signifikanten Anteil seiner Masse an den umgebenden Weltraum abgibt. Er hat etwa die sechsfache Masse unserer Sonne, ist rund 72 Millionen Jahre alt und befindet sich nahe dem Ende seiner Existenz als Mitglied des asymptotischen Riesenasts im Hertzsprung-Russell-Diagramm.
Dieser stellare Ausstoss von Roten Riesen und Überriesen ist eine der wichtigsten Quellen für kosmischen Staub in unserer Galaxis. Bislang war aber nicht klar, ob so etwas auch im unmittelbaren Umfeld eines extrem massereichen Schwarzen Lochs möglich ist. Für seine Arbeit setzte das Team um Peisker das James-Webb-Teleskop (JWST) ein, um das galaktische Zentrum im Infraroten im Detail zu untersuchen. Mittels des Instruments MIRI an Bord des JWST konnten eindeutige Signaturen von sauerstoffreichem Staub und erstmals auch von Wassermolekülen in der IRS 3 umhüllenden Schale aufgespürt werden.
Quelle: © ESA/Webb, NASA & CSA, NOIRLab/NSF/AURA/E. Slawik/M. Zamani, ESO/S. Guisard, NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (Spitzer Science Center/Caltech), F. Peißker, J. Lu / Location of star IRS 3 / CC BY 4.0 (Ausschnitt)
IRS 3 gehört im mittleren Infraroten zu den hellsten Strahlungsquellen im Umfeld von Sgr A* und fiel schon früh durch seine enorme Staubhülle auf. Frühere Untersuchungen deuteten darauf hin, dass der Stern besonders kohlenstoffreich sein könnte, doch das scheint den neuen Daten nach nicht zu stimmen. Stattdessen fanden sich zwei ausgeprägte Signale von Staub, der offenbar silikatreich ist, also Sauerstoff und Silizium enthält. Daraus lässt sich folgern, dass IRS 3 ein sauerstoffreicher, weit entwickelter Stern ist, der das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat. Aus den Daten lässt sich die Struktur um IRS 3 bis in eine Entfernung von 10 000 Astronomischen Einheiten ableiten, das entspricht dem 10 000-fachen Abstand der Erde zur Sonne. Die Region ist geschichtet. Innerhalb der Schichten fällt die Temperatur von 900 Grad Celsius in Sternnähe bis zu –170 Grad Celsius in den Aussenbereichen. Zudem konnte in diesen Schichten Wasserdampf nachgewiesen werden.
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