IRS 3 Field (NIRCam and MIRI image)
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IRS 3 Field (MIRI image)
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IRS 3 Field (NIRCam image)
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内容提要
国际天文学家团队利用韦布空间望远镜,在银河系中心超大质量黑洞附近发现了演化晚期星IRS 3产生的尘埃与水。研究表明,即使在强辐射环境下,这些恒星仍能通过星风持续向周围环境输送物质。

原文全文译文

利用美国国家航天局(NASA)/欧洲空间局(ESA)/加拿大航天局(CSA)的韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope),一个国际天文学家(astronomer)团队发现,在银河系(Milky Way galaxy)中心的超大质量黑洞(supermassive black hole)附近,尘埃和水竟然能够形成并存续。观测结果显示,尽管人马A(Sagittarius A*)周围存在强烈的辐射环境,主序后星(evolved star)IRS 3仍在持续向其周围环境输送新形成的物质。

新的观测结果提供了迄今为止关于演化晚期星(highly evolved star)IRS 3最详细的中红外(mid-infrared)图像,该恒星距离银河系中心的超大质量黑洞仅0.55光年(light year)。IRS 3已进入生命末期,即渐近巨星支(asymptotic giant branch)阶段。处于这一生命阶段的恒星巨大、温度较低且光度高,它们通过强大的星风(stellar wind)将气体抛射到太空中。这种抛射出的恒星物质是宇宙尘(cosmic dust)最重要的来源之一,但此前尚不清楚在如此靠近超大质量黑洞的地方,恒星是否还能产生这些物质。

通过利用韦布望远镜的中红外仪器(MIRI)分析该恒星的红外光,研究团队识别出了富氧尘埃的清晰特征,并首次在其周围的厚包层(extended envelope)中探测到了水。研究结果表明,即使在超大质量黑洞附近的严酷条件下,像IRS 3这样的主序后星仍能产生尘埃以及其他对未来恒星和行星(planet)形成至关重要的物质。

“银河系中心是环境最极端的区域之一,因此了解恒星是否能在那里持续丰富其周围环境是一个重要课题,”德国科隆大学的首席作者Florian Peißker表示。“借助韦布望远镜,我们可以直接观察恒星在这些条件下的表现,并发现尘埃的产生依然具有惊人的韧性。”

IRS 3是银河系中心最明亮的中红外源(infrared source)之一,长期以来因其巨大的尘埃包层而引人注目。先前的研究认为该恒星可能是富碳的,但新的观测结果呈现了不同的图景。韦布望远镜的数据揭示了两个与硅酸盐尘埃相关的强红外特征,这种尘埃由硅和氧组成。这些特征表明IRS 3是一颗富氧的演化晚期星,它正处于生命末期并向太空抛射物质。

“这一发现归功于韦布望远镜功能强大的红外仪器,”ESA的研究合著者兼MICONIC项目首席研究员Macarena Garcia Marin说道。“这是首次为该恒星收集到连续的中红外光谱(infrared spectrum),使我们能够探测到硅酸盐尘埃的特征,并揭示该恒星真实的化学身份。”

通过将韦布望远镜对该恒星光谱的观测结果与光线穿过不同包层模型时的模拟相结合,研究团队得以重建该恒星包层的结构。他们的结果显示,尘埃呈层状壳层分布,从恒星向外延伸约10 000天文单位(astronomical unit),温度从靠近恒星处的约1200开尔文下降到外围区域的约100开尔文。观测结果还揭示了IRS 3包层内存在水的证据:这是该天体首次被明确探测到水。

“水的探测尤其令人兴奋,因为它表明分子物质可以在强辐射主导的环境中存续,”Macarena说。“这告诉我们,即使在靠近超大质量黑洞的地方,恒星也能持续向其周围环境贡献物质。”

根据观测和恒星建模,研究人员估计IRS 3的质量约为太阳的六倍,年龄约为72百万年(million years)。该恒星似乎正在经历剧烈的质量损失(mass loss),将物质喷射到太空中,并形成了韦布望远镜所观测到的厚包层。

这些结果表明,演化晚期星可能在向银河系中心输送尘埃方面持续发挥重要作用——这些区域此前被认为对这些过程极其不利。

这些观测数据于2025年获得,是利用韦布望远镜的MIRI仪器,作为“附近标志性星系中心中红外表征”(MICONIC)保证时间观测项目的一部分。

分类:星系 · 高能天体 · 观测设备

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