Pouhých 0,55 světelného roku od Sagittarius A astronomové našli kolem stárnoucí hvězdy vodu a čerstvě vytvořený kyslíkatý prach. Materiál, z něhož mohou jednou vznikat další hvězdy a planety, tedy vzniká i téměř v samotném srdci galaxie.
Hvězda, která měla žít v příliš nehostinném sousedství
IRS 3 není na první pohled nijak nenápadný objekt. Patří k nejjasnějším zdrojům středního infračerveného záření v centru Mléčné dráhy a obklopuje ji obrovský oblak prachu. Právě její poloha však z ní dělá mimořádně zajímavou laboratoř.
Od Sagittarius A*, supermasivní černé díry o hmotnosti zhruba čtyř milionů Sluncí, ji dělí jen přibližně 0,55 světelného roku. V měřítku celé galaxie jde téměř o bezprostřední sousedství. Galaktické centrum je přitom plné intenzivního záření, rychle se pohybujících hvězd, horkého plynu a dalších procesů, které vytvářejí podmínky velmi odlišné od klidnějšího okolí Slunce.
Otázka proto zněla poměrně jednoduše: dokáže hvězda na konci svého života i tady vyrábět prach a vypouštět do prostoru molekulární materiál, nebo okolní prostředí tento proces naruší?
Webb ukázal, že dokáže. A překvapivě dobře.
IRS 3 pomalu umírá. Právě proto kolem sebe vytváří nový materiál
Hvězda IRS 3 se nachází v takzvané fázi asymptotické větve obrů, tedy AGB. Jde o pozdní etapu vývoje hvězd, během níž se objekt výrazně zvětší, ochladne a začne prostřednictvím silného hvězdného větru ztrácet své vnější vrstvy.
Pro samotnou hvězdu je to začátek konce. Pro galaxii je to ale zároveň důležitá recyklace.
Plyn vyvržený stárnoucími hvězdami chladne a mohou v něm kondenzovat drobná prachová zrnka. Do mezihvězdného prostoru se tak dostávají prvky a chemické sloučeniny, které mohou být později zabudovány do nových hvězd, planet, asteroidů a dalších těles.
Astronomové odhadují, že IRS 3 má přibližně šestinásobek hmotnosti Slunce a stáří kolem 72 milionů let. Právě teď ztrácí hmotu velmi intenzivně a vytváří kolem sebe rozsáhlý obal plynu a prachu.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Webb změnil i představu o tom, z čeho je hvězda složena
IRS 3 astronomové sledují už dlouho, její skutečná chemická povaha však zůstávala nejasná. Některé starší práce naznačovaly, že by mohlo jít o hvězdu bohatou na uhlík.
Webbův přístroj MIRI, který pozoruje vesmír ve střední infračervené oblasti, poskytl první souvislé spektrum IRS 3 v této části elektromagnetického záření. V něm se objevily dvě výrazné stopy typické pro silikátový prach.
Silikáty jsou tvořeny především křemíkem a kyslíkem a jejich přítomnost ukázala, že IRS 3 není uhlíkovou hvězdou, jak se dříve uvažovalo. Jde o kyslíkem bohatou hvězdu, která aktivně produkuje nový prach.
To samo o sobě není u stárnoucí hvězdy překvapivé. Překvapivé je místo, kde se celý proces odehrává.
A potom se ve spektru objevila voda
Ještě zajímavější stopu představovaly molekuly vody.
Astronomové je v obalu IRS 3 zaznamenali vůbec poprvé. Nejde samozřejmě o kapalnou vodu, oceán nebo nějakou zásobárnu podobnou tomu, co známe ze Země. Webb detekoval charakteristické spektrální projevy molekul H₂O rozptýlených v materiálu kolem hvězdy.
Právě jejich přítomnost je však důležitá. Ukazuje, že molekulární materiál dokáže přetrvávat i v oblasti vystavené intenzivnímu radiačnímu prostředí galaktického centra.
To poněkud mění představu o bezprostředním okolí Sagittarius A*. Nejde o sterilní prostor, ve kterém jsou složitější molekuly a prach okamžitě ničeny. Přinejmenším v některých chráněných a dostatečně hustých oblastech hvězdných obalů může chemie pokračovat i zde.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Obrovská prachová cibule kolem hvězdy
Pozorování Webbova teleskopu astronomové zkombinovali s modely, které simulují průchod světla prachem. Díky tomu dokázali přibližně zrekonstruovat strukturu obalu IRS 3.
Výsledkem není jednolitá koule, ale několik vrstev připomínajících rozsáhlé slupky kolem hvězdy. Prachový obal sahá přibližně 10 000 astronomických jednotek od IRS 3.
Jedna astronomická jednotka odpovídá průměrné vzdálenosti Země od Slunce. Pokud bychom tedy tento obal přenesli do naší Sluneční soustavy, sahal by mnohonásobně dál než oblast planet.
Teplota materiálu se přitom dramaticky mění. V blízkosti hvězdy dosahuje zhruba 1 200 kelvinů, zatímco ve vnějších částech klesá přibližně ke 100 kelvinům. Právě takto členité prostředí může vytvářet oblasti, v nichž různé druhy prachu a molekul přežívají za velmi odlišných podmínek.
Černá díra není továrnou na vodu. To důležité se odehrává vedle ní
U podobných objevů je snadné sklouznout k titulku, podle něhož astronomové „našli vodu u černé díry“. Technicky to není úplně špatně, ale fyzikálně to může vytvářet velmi zavádějící představu.
Vodu nevyrábí Sagittarius A*. Neobjevila se ani uvnitř černé díry nebo na jejím horizontu událostí.
Vzniká a přežívá v materiálu obklopujícím hvězdu IRS 3, která se nachází v blízkosti galaktického centra. Černá díra je v tomto příběhu důležitá především proto, že spolu s dalšími objekty vytváří extrémní prostředí, v němž astronomové původně neměli jistotu, zda běžné procesy tvorby prachu mohou pokračovat stejně jako v klidnějších částech galaxie.
Webb ukázal, že mohou.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Umírající hvězdy mohou zásobovat i samotné centrum galaxie
Objev má proto širší význam než jen chemickou inventuru jedné zvláštní hvězdy.
Prach je pro vývoj galaxií zásadní. Pomáhá ochlazovat oblaka plynu, poskytuje povrchy, na nichž mohou vznikat molekuly, a později se stává součástí protoplanetárních disků. Bez prachu bychom jen obtížně dostali galaxii, ve které vznikají planety podobné těm v naší Sluneční soustavě.
Výzkum IRS 3 naznačuje, že staré hvězdy mohou tento materiál dodávat i do centrálních oblastí galaxií, které jsme dlouho považovali za mimořádně nepříznivé pro jeho vznik a přežití.
A právě tady je na celém objevu něco téměř ironického.
Několik desetin světelného roku od objektu, který představuje jeden z nejextrémnějších způsobů, jak může hmota ve vesmíru skončit, probíhá zároveň proces, při němž stará hvězda vrací svůj materiál zpět do galaxie. Křemík, kyslík, prach a molekuly vody, které dnes opouštějí IRS 3, mohou později vstoupit do dalšího kola kosmického vývoje.
Černá díra tedy stojí na konci některých příběhů hmoty. Jenže její sousedství zjevně vůbec nemusí být koncem příběhu samotné galaxie.
Věděli jste, že…
…většina atomů těžších než helium, ze kterých je tvořena Země i naše vlastní těla, prošla během historie vesmíru některou generací hvězd? Hvězdy vyrábějí nové prvky jadernými reakcemi a během svého života či smrti je vracejí do okolního prostoru. Každá další generace hvězd a planet tak vzniká z materiálu, který už před ní někde ve vesmíru existoval v úplně jiné podobě. IRS 3 je právě jedním z míst, kde můžeme tuto kosmickou recyklaci sledovat téměř v přímém přenosu.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], European Space Agency – Dust and water spotted close to giant black hole [2], Astronomy & Astrophysics – vědecká studie IRS 3 [3]. img ESA/Webb, NASA & CSA, img ai generated
