تلسکوپ فضایی جیمز وب در اطراف ستاره در حال مرگ IRS ۳، آب و غبار سیلیکاتی غنی از اکسیژن را شناسایی کرده است؛ ستارهای که در تصویر، تنها ۰.۱۷ پارسک از Sagittarius A* فاصله دارد. این فاصله معادل حدود ۰.۵۵ سال نوری است و IRS ۳ را در اعماق بخش مرکزی متراکم کهکشان راه شیری قرار میدهد.
منظور از شناسایی آب در این پژوهش، جذب پرتوهای فروسرخ میانی توسط مولکولهای H₂O است. جیمز وب آب مایع یا مخزن آبی را تصویربرداری نکرده است، بلکه الگوهای طول موجهایی را اندازهگیری کرده که هنگام عبور نور ستاره از پوسته عظیم اطراف آن، توسط مولکولهای آب جذب شدهاند.
این نتایج حاصل رصدهایی هستند که جیمز وب در سال ۲۰۲۵ با استفاده از ابزار فروسرخ میانی خود، MIRI، انجام داده است. فلوریان پایسکر و ۲۰ همکارش نتایج این تحلیل را در اوت ۲۰۲۶ در مجله علمی معتبر Astronomy & Astrophysics منتشر کردند.
این فقط یک پژوهش است و هنوز نمیتوان آن را اجماع علمی دانست. نتیجهگیری مقاله قدرتمند است، اما دقیقتر از این ادعاست که شیمی در نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری «کاملاً غیرممکن» تلقی میشده است. این پژوهش بررسی میکند که آیا محیط شدیداً تحت تأثیر تابش اطراف Sagittarius A* مانع تشکیل غبار و حفظ مولکولها در یک ستاره پیر میشود یا خیر. در مورد IRS ۳، مشخص شده که این محیط هیچکدام از این فرایندها را بهطور کامل متوقف نمیکند.
فاصله ۰.۵۵ سال نوری دقیقاً چه چیزی را نشان میدهد؟
IRS ۳ در تصاویر، ۴.۴ ثانیه قوسی با Sagittarius A* فاصله دارد؛ همان منبع رادیویی فشردهای که با سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری مرتبط است. این سیاهچاله حدود چهار میلیون برابر خورشید جرم دارد و تقریباً ۲۷ هزار سال نوری از زمین فاصله گرفته است.
در این فاصله، ۴.۴ ثانیه قوسی معادل حدود ۰.۱۷ پارسک یا ۰.۵۵ سال نوری است. تبدیل این فاصله ساده است، اما تفسیر آن نیاز به دقت دارد.
تصاویر آسمان معمولاً دو مختصات موقعیتی را با دقت زیادی نشان میدهند، اما فاصله جسم در راستای خط دید را بهسادگی مشخص نمیکنند. بنابراین IRS ۳ ممکن است در جلو یا پشت Sagittarius A* قرار داشته باشد و فاصله واقعی آن بیشتر از این مقدار باشد.
در نتیجه، فاصله ۰.۵۵ سال نوری، فاصلهای است که روی صفحه آسمان بهصورت تصویرشده اندازهگیری شده و عملاً حداقل فاصله هندسی محسوب میشود. این عدد نشاندهنده شعاع مداری سهبعدی اندازهگیریشده نیست و پژوهشگران نیز ادعا نمیکنند که ستاره دقیقاً در همین فاصله به دور سیاهچاله میچرخد.
با این حال، این موضوع از شدت محیط اطراف IRS ۳ کم نمیکند. این ستاره همچنان درخشانترین منبع باند L و برجستهترین ستاره شاخه غول مجانبی یا AGB در پارسک مرکزی کهکشان راه شیری محسوب میشود؛ منطقهای مملو از تابش شدید، گاز داغ، تعداد زیادی ستاره و موادی که تحت تأثیر سیاهچاله مرکزی در حرکت هستند.
ستارهای در پایان عمر که درون ۱۰ هزار واحد نجومی از ماده پیچیده شده است
IRS ۳ یک ستاره از نوع غول مجانبی یا AGB است. ستارههای کمجرم و میانجرم پس از مصرف هلیوم هسته خود وارد این مرحله پایانی زندگی میشوند. تپشهای ستاره و بادهای ستارهای، گاز را از سطح آن به بیرون میرانند و در فاصلهای دورتر، مواد در حال انبساط آنقدر سرد میشوند که مولکولها و دانههای جامد غبار شکل میگیرند.
این فرایند فقط برای یک ستاره اهمیت ندارد. ستارههای AGB بخش زیادی از مواد پردازششده خود را به کهکشان بازمیگردانند و از کارخانههای مهم تولید غبار میانستارهای محسوب میشوند. IRS ۳ نشان میدهد که آیا این چرخه بازیافت میتواند در نزدیکی یک سیاهچاله کلانجرم نیز ادامه پیدا کند یا خیر.
برآورد میشود شعاع پوسته اطراف این ستاره نزدیک به ۱۰ هزار واحد نجومی باشد. این مقدار تقریباً یکششم سال نوری از ستاره تا لبه بیرونی آن است، هرچند این پوسته شکلی کاملاً کروی ندارد. تصاویر فروسرخ یک منبع گسترده و همچنین یک شوک کمانی را نشان میدهند که بیانگر برخورد باد ستارهای با محیط میانستارهای اطراف است.
پژوهشگران با استفاده از کد شبیهسازی انتقال تابشی Hyperion، طیف مشاهدهشده را با حدود ۱۰۰ هزار مدل مختلف مقایسه کردند. یک پوسته منفرد نمیتوانست دادهها را بهطور کامل توضیح دهد. مدل مورد قبول آنها شامل چندین پوسته است که دما در آنها از حدود ۱۲۰۰ کلوین در غبار داخلی به حدود ۸۰ تا ۱۰۰ کلوین در بخشهای بیرونی کاهش پیدا میکند.
این مدل همچنین دمای مؤثر ستاره را حدود ۲۸۰۰ کلوین و درخشندگی آن را تقریباً ۵۵ تا ۶۰ هزار برابر خورشید برآورد میکند. مدلهای تکامل ستارهای نیز جرم فعلی آن را حدود ۶ برابر خورشید و سن آن را نزدیک به ۷۲ میلیون سال تخمین میزنند. البته این اعداد به فلزیّت، دما، درخشندگی و مدلهای تکامل ستارهای مورد استفاده وابسته هستند و اندازهگیری مستقیم جرم یا تعیین دقیق سن ستاره محسوب نمیشوند.
دو ویژگی سیلیکاتی، طبقهبندی ستاره را تغییر دادند
پس از اصلاح اثر غبار موجود در مسیر دید، طیف MIRI دو ناحیه جذب گسترده را در طول موجهای ۹.۷ و ۱۸.۵ میکرومتر نشان داد. ویژگی کوتاهتر مربوط به کشش پیوندهای سیلیکون و اکسیژن است و ویژگی بلندتر به خمشدن پیوندهای اکسیژن-سیلیکون-اکسیژن مربوط میشود.
نسبت عمق نوری این دو ویژگی ۳.۵ با خطای مثبت و منفی ۰.۱ به دست آمد. این ویژگیها در کنار شکل کلی طیف، وجود سیلیکاتهای آمورف را نشان میدهند که مشخصه یک پوسته غنی از اکسیژن است.
مدلهایی که اکسید آلومینیوم و سیلیکاتهای آمورف را در بخش داغ داخلی و سیلیکاتها را بهتنهایی در پوستههای سردتر در نظر میگیرند، توانستند طیف مشاهدهشده را بازتولید کنند.
این نتیجه یک بحث قدیمی درباره IRS ۳ را تغییر میدهد. مشاهدات قبلی چند طبقهبندی مختلف را مطرح کرده بودند و حتی احتمال میدادند این ستاره یک ستاره AGB غنی از کربن باشد. مرکز کهکشان آنقدر شلوغ و پوشیده از غبار است که یک میدان دید گسترده میتواند نور ستاره را با مواد نامرتبط در پیشزمینه و پسزمینه ترکیب کند. طیف فروسرخ میانی پیوسته جیمز وب اکنون از یک ستاره غنی از اکسیژن حمایت میکند.
پژوهشگران سه قانون مختلف برای حذف اثر غبار در پارسک مرکزی را نیز آزمایش کردند. طیف اصلاحشده دقیق در هر روش کمی تغییر کرد، اما طبقهبندی ستاره بهعنوان ستارهای غنی از اکسیژن در هر سه حالت حفظ شد. این پایداری اهمیت زیادی دارد، زیرا حذف اثر غبار پیشزمینه یکی از بزرگترین چالشهای تحلیلی در این حوزه است.
تولید غبار از روی پوستهها و کاهش جرم استنباط شده است
جیمز وب اثر انگشت شیمیایی غبار موجود را ثبت کرده است. اما ادعای اینکه IRS ۳ همچنان در حال تولید غبار است، از کنار هم قرار دادن این نشانهها با ساختار پوستهها، دمای آنها و نرخ فعلی از دست دادن جرم به دست آمده است. تلسکوپ جیمز وب بهطور مستقیم شاهد تشکیل دانههای سیلیکاتی منفرد نبوده است.
با فرض سرعت باد ۱۵ کیلومتر بر ثانیه، پژوهشگران تخمین زدهاند که IRS ۳ هر سال حدود ۶×۱۰⁻⁵ جرم خورشیدی از دست میدهد. این نرخ با مرحله کوتاه و شدید «ابر باد» در یک ستاره AGB غنی از اکسیژن مطابقت دارد.
مطالعات قبلی که سرعت باد ۲۰ یا ۳۰ کیلومتر بر ثانیه را در نظر گرفته بودند نیز به مقادیر مشابهی برای نرخ کاهش جرم رسیده بودند؛ هرچند مقاله تأکید میکند که تفاوت در روشهای اندازهگیری و فرضیات باعث میشود مقایسه مستقیم این نتایج دشوار باشد.
چندین پوسته اطراف ستاره ممکن است حاصل دورههایی از افزایش و کاهش شدت خروج ماده باشند. وجود یک ستاره همراه نیز میتواند در شکلگیری این پوستهها نقش داشته باشد، همانطور که تعامل با محیط اطراف Sagittarius A* نیز ممکن است مؤثر باشد. دادههای فعلی نمیتوانند با قطعیت یکی از این سناریوها را تأیید کنند.
نشانه آب واضح است، اما برخی نواحی طیف همچنان نامشخص هستند
نشانه اصلی آب در بازه ۶ تا ۸ میکرومتر قرار دارد. در قویترین بخش این ویژگی، یعنی بین ۶ تا ۶.۲۵ میکرومتر، پژوهشگران خطوط مربوط به انتقالهای مولکولی را از پایگاه داده HITRAN استخراج کردند، آنها را مطابق پاسخ ابزار MIRI پهن کردند و سپس با جذب مشاهدهشده مقایسه کردند. تطابق بهدستآمده وجود H₂O را در پوسته اطراف ستاره تأیید میکند.
با این حال، برخی ویژگیهای مجاور با اطمینان کمتری شناسایی شدهاند. مقاله به یک مؤلفه باریک آب در حدود ۶.۱۹ میکرومتر اشاره میکند، اما شکل گستردهتر این ناحیه مبهم است. برخی فرورفتگیهای دیگر ممکن است به یخ آب، یخهای حاوی آمونیاک، مولکولهای بزرگ، هیدروکربنهای آروماتیک چندحلقهای موجود در پیشزمینه یا خطاهای باقیمانده در اصلاح اثر غبار مربوط باشند.
پژوهشگران همچنین میگویند نمیتوان احتمال آلودگی برخی از این نوارهای ضعیف توسط یخهای موجود در پیشزمینه را کاملاً رد کرد.
این ابهامات، تطابق اصلی با H₂O را از بین نمیبرند؛ بلکه نشان میدهند که نباید همه بخشهای یک طیف پیچیده را به یک ماده شیمیایی خاص نسبت داد. بررسی دقیقتر نوارهای ضعیفتر به پژوهشهای آینده نیاز دارد.
IRS ۳ چه چیزی به تصویر ما از مرکز کهکشان اضافه میکند؟
IRS ۳ نشان میدهد که یک ستاره AGB میتواند در پارسک مرکزی کهکشان، پوستهای لایهلایه و حاوی مولکولها را حفظ کند و همچنان غبار غنی از اکسیژن تولید کند. شرایط محیطی اطراف ممکن است این مواد را از بین ببرند یا شکل آنها را تغییر دهند، اما تاکنون نتوانستهاند پوسته ستاره را کاملاً از بین ببرند یا خروج ماده در مرحله پایانی عمر ستاره را متوقف کنند.
البته واژه «بقا» به یک بازه زمانی نیاز دارد. جیمز وب در سال ۲۰۲۵ یک طیف از این ستاره ثبت کرده است. این مشاهده مشخص نمیکند که آب چه مدت در اطراف ستاره باقی میماند، دانههای غبار پس از خروج از پوسته با چه سرعتی از بین میروند یا چه مقدار از مواد خارجشده در نهایت وارد محیط میانستارهای مرکزی کهکشان میشود.
رصدهای آینده میتوانند نوارهای جذبی ناشناخته را بررسی کنند، به دنبال یک ستاره همراه بگردند و تغییرات احتمالی پوستهها یا شوک کمانی را زیر نظر بگیرند. همچنین اندازهگیری دقیقتر فاصله IRS ۳ در راستای خط دید میتواند مشخص کند که این ستاره در واقع چه مقدار بیشتر از حداقل فاصله ۰.۵۵ سال نوری از Sagittarius A* فاصله دارد.
این اندازهگیریها به دانشمندان کمک خواهند کرد بفهمند تولید غبار توسط این ستاره چگونه به منطقهای در مرکز کهکشان وارد میشود که همزمان در حال تولید، جابهجایی و فرسایش مواد ستارهای است.
