How can water survive next to a supermassive black hole?

The key is IRS 3's envelope. The star's dense outer atmosphere provides a local cocoon that shields molecules from Sagittarius A*'s radiation. Water forms where the gas is cool and dense, protected by surrounding material from the most energetic photons.

What is 0.55 light-years from Sagittarius A* in practical terms?

About 35,000 times the Earth-Sun distance. This places IRS 3 closer to Sagittarius A* than Proxima Centauri is to our Sun (4.2 light-years). IRS 3 orbits roughly eight times closer to its black hole than our nearest stellar neighbor is to us.

What is the superwind phase of a dying star?

The superwind phase is the final burst of mass-loss in an AGB star's life, when it ejects material hundreds or thousands of times faster than earlier stages. After it ends, the star has shed most outer layers and the remnant collapses into a white dwarf.

Could water exist near other galactic black holes?

The finding makes it plausible. An evolved star shielding its own molecular envelope against surrounding radiation is not a mechanism unique to the Milky Way. Whether similar chemistry operates near other supermassive black holes is now a testable question for JWST.

JWST findet Wasser an der Schwelle von Sagittarius A* — galaktische Kerne betreiben doch Chemie

Der Stern IRS 3 sollte eigentlich kein Wasser produzieren. Er umkreist 0,55 Lichtjahre von Sagittarius A*, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße – eine Zone, die so stark mit Ultraviolett- und Röntgenstrahlung durchsetzt ist, dass die meisten Moleküle zerstört werden, bevor sie sich vollständig bilden können. Doch Daten des MIRI‑Instruments des James‑Webb‑Weltraumteleskops zeigen, dass IRS 3 von einer dichten Hülle umgeben ist, die sowohl Wasserdampf als auch sauerstoffreichen Silikatstaub enthält – genau die Art von molekularem Material, das sterbende Sterne weit entfernt von solchen Strahlungsquellen produzieren.

Florian Peißker von der Universität zu Köln leitete die Entdeckung, die eine lang gehegte Annahme widerlegt: dass die extreme Umgebung unmittelbar um supermassereiche Schwarze Löcher als chemiefreie Zone fungiert, zu gewalttätig, um die molekularen Prozesse zuzulassen, die ruhigere Sternnachbarschaften bevölkern. IRS 3 zeigt, dass der Prozess trotzdem abläuft. Wie viele andere entwickelte Sterne in der Nähe von Galaxienzentren still und heimlich dasselbe tun, ist eine Frage, die die vollständige MICONIC‑Durchmusterung nun beantworten kann.

Wie JWST die Chemie in der extremsten Zone der Milchstraße entschlüsselt hat

Peißkers Team nutzte das Mid‑Infrared Instrument (MIRI) von JWST, um das innerste Parsec um Sagittarius A* zu beobachten. Mittelinfrarot‑Wellenlängen zeigen, was optische Teleskope nicht sehen können: das thermische Leuchten von Staub und die molekularen Absorptionsmerkmale von Verbindungen wie Wasser. Früheren Instrumenten fehlte entweder die Auflösung, um IRS 3 von seinen Nachbarn zu trennen, oder die Empfindlichkeit von MIRI bei den relevanten Wellenlängen.

Die Daten zeigten zwei deutliche spektrale Signaturen in der staubigen Hülle von IRS 3: den Fingerabdruck sauerstoffreichen Silikatstaubs (eine Verbindung aus Silizium und Sauerstoff) und das unverkennbare Absorptionsmerkmal von Wasserdampf. Es handelt sich nicht um Spurennachweise. Das Team führte mehrere Modelle der Sternhüllenstruktur durch, verglich verschiedene Temperaturprofile, Staubzusammensetzungen und geometrische Konfigurationen, und die Signaturen blieben in allen bestehen. Die Arbeit wurde im Rahmen von MICONIC durchgeführt, einem JWST‑Programm, das speziell zur Kartierung des Galaktischen Zentrums bei mittleren Infrarotwellenlängen entwickelt wurde.

Eine Erdmasse an angereichertem Material alle 18 Tage abgestoßen

IRS 3 ist ein sauerstoffreicher asymptotischer Riesenaststern (AGB‑Stern) – eine Klasse entwickelter Roter Riesen im letzten Kapitel ihres Lebens. Sterne in diesem Stadium haben den heliumbrennenden Brennstoff in ihren Kernen erschöpft und stoßen ihre äußeren Schichten in immer intensiveren Sternwinden ab. IRS 3 befindet sich derzeit in der sogenannten Superwind‑Phase: der Phase maximalen Massenverlusts unmittelbar bevor der Stern seine äußere Hülle vollständig ausstößt und zu einem Weißen Zwerg kollabiert.

Die Massenverlustrate ist selbst nach AGB‑Standards außergewöhnlich: Der Stern stößt alle 18 Tage die Masse einer Erde aus. Bei einer Sternwindgeschwindigkeit von 15 Kilometern pro Sekunde hat sich dieses Material zu einer staubigen Hülle aufgetürmt, die sich etwa 10.000 Astronomische Einheiten vom Stern erstreckt – etwa das 250‑fache der Entfernung von der Erde zu Neptun. Die innerste Region dieser Hülle liegt bei etwa 1.200 Kelvin, kühl genug, damit Silikatkörner kondensieren können; die äußeren Ränder kühlen auf etwa 100 Kelvin ab. An beiden Extremen hat das Material überlebt, trotz des Strahlungsfelds, das von Sagittarius A* und dem dichten Haufen junger, heißer Sterne in der Nähe aufrechterhalten wird.

Der Stern selbst ist etwa sechsmal massereicher als die Sonne und leuchtet mit etwa der 60.000‑fachen Sonnenleuchtkraft. Er ist 72 Millionen Jahre alt – eine kurze Lebensdauer, die mit einem massereichen Stern vereinbar ist, der seinen Brennstoff schnell verbrannt hat.

Was dies über die Chemie im Galaktischen Zentrum ändert

Jahrzehntelang wurden Galaxienzentren als chemisch verkümmerte Regionen behandelt. Das Argument war einfach: Intensive Strahlung des zentralen Schwarzen Lochs und seiner umgebenden Aktivität dissoziiert Moleküle schneller, als sie sich bilden können. Studien zur Staubbildung in AGB‑Sternen platzierten diese Objekte durchweg in ruhigen Nachbarschaften fernab von Galaxienkernen.

Die MICONIC‑Beobachtung legt nahe, dass dieses Bild unvollständig war. Selbst einen Bruchteil eines Lichtjahres entfernt von einem der aktivsten Punkte der Milchstraße verrichtet ein Stern in seiner letzten Lebensphase immer noch die chemische Arbeit, die AGB‑Sterne überall tun: Silikatstaub kondensieren, Sauerstoff in molekulare Bindungen einbauen, Wasser in seiner äußeren Atmosphäre bilden. Wenn IRS 3 repräsentativ für entwickelte Sterne ist, die in der Nähe von Galaxienzentren kreisen – keine einzigartige Ausnahme, sondern Mitglied einer Population – dann erhalten Galaxienkerne möglicherweise eine stetige Zufuhr komplexer Moleküle aus der entwickelten Sternpopulation, die in ihnen kreist.

Die Auswirkungen reichen über die Milchstraße hinaus. Supermassereiche Schwarze Löcher sitzen im Zentrum der meisten großen Galaxien, viele umgeben von dichten Sternpopulationen. JWST ist nun in der Lage, diese Umgebungen bei mittleren Infrarotwellenlängen zu untersuchen. Ob die Chemie vom Typ IRS 3 auch in der Nähe der Schwarzen Löcher anderer Galaxien abläuft, ist eine Frage, die das Teleskop direkt beantworten kann.

Was die Studie offen lässt

Der Nachweis in der Hülle von IRS 3 ist solide, aber was mit dem Material passiert, sobald es den Stern verlässt, ist schwerer zu bestimmen. Der dichte Sternwind könnte eine lokale Abschirmung bieten, die Moleküle in der Nähe des Sterns intakt hält, während die umgebende Strahlung sie in einer geringen zusätzlichen Entfernung zerstört. Ob der Staub und das Wasser von IRS 3 in die weitere Umgebung des Galaktischen Zentrums eingemischt werden – oder jenseits des stellaren Kokons schnell photodissoziiert werden – erfordert eine Überwachung des Schicksals des ausgestoßenen Materials im Laufe der Zeit.

Die Modelle, die zur Interpretation der Infrarotsignaturen verwendet wurden, bergen inhärente Unsicherheiten. AGB‑Sterne im Galaktischen Zentrum existieren in einer Strahlungsumgebung, die mit nichts vergleichbar ist, was für Sternpopulationen in der Sonnenumgebung modelliert wurde. Die besten Modelle des Teams stimmen gut mit den Beobachtungen überein, aber die tatsächliche Staubkorngrößenverteilung und die dreidimensionale Struktur der Hülle bleiben in Bereichen eingeschränkt und nicht auf einzelne Werte festgelegt.

IRS 3 ist zudem nur ein Stern. Ob das Ergebnis verallgemeinert werden kann, hängt vom Abschluss der vollständigen MICONIC‑Durchmusterung ab.

Fragen zur Wasserbildung in der Nähe eines Schwarzen Lochs

Wie kann Wasser in der Nähe eines supermassereichen Schwarzen Lochs überleben? Der Schlüssel ist die Hülle von IRS 3. Die dichte äußere Atmosphäre des Sterns bietet einen lokalen Kokon, der dicht genug ist, um die innersten Regionen vor der Strahlung von Sagittarius A* abzuschirmen. Moleküle bilden sich dort, wo das Gas kühl und dicht ist, geschützt durch das umgebende Material vor direkter Einwirkung der energiereichsten Photonen. Ob dieser Schild über die unmittelbare stellare Umgebung hinaus Bestand hat, bleibt eine offene Frage.

Was sind 0,55 Lichtjahre in praktischen Begriffen? Etwa das 35.000‑fache der Erde‑Sonne‑Entfernung – enorm in jedem menschlichen Maßstab, aber ein kleiner Bruchteil eines Lichtjahres platziert IRS 3 näher an Sagittarius A* als der nächste Stern zu unserer eigenen Sonne. Proxima Centauri ist 4,2 Lichtjahre von uns entfernt; IRS 3 umkreist in einer Entfernung, die etwa achtmal kleiner ist, das massereichste Objekt in der Milchstraße.

Was ist die Superwind‑Phase? AGB‑Sterne erfahren mit zunehmendem Alter einen steigenden Massenverlust. Die Superwind‑Phase ist der letzte Ausbruch dieses Prozesses – wenn der Stern Material mit einer Rate ausstößt, die hunderte oder tausendmal höher ist als früher in seinem Leben. Sobald der Superwind endet, hat der Stern die meisten seiner äußeren Schichten abgestoßen und der Überrest kollabiert zu einem kompakten Weißen Zwerg.

Bedeutet dies, dass Wasser in der Nähe anderer galaktischer Schwarzer Löcher existieren könnte? Der Fund macht dies plausibel. Der Mechanismus – ein entwickelter Stern, der seine eigene molekulare Hülle gegen umgebende Strahlung abschirmt – ist nicht einzigartig für die Milchstraße. Ob ähnliche Chemie in der Nähe anderer supermassereicher Schwarzer Löcher abläuft, ist nun eine überprüfbare Frage, und die mittleren Infrarotfähigkeiten von JWST machen es zum am besten geeigneten Instrument, um dies zu testen.

Peißker und Kollegen veröffentlichten ihre Ergebnisse im August 2026 in Astronomy & Astrophysics. Die MICONIC‑Durchmusterung wird das Galaktische Zentrum in den kommenden Monaten weiter kartieren und andere entwickelte Sterne und Quellen im inneren Parsec ins Visier nehmen. Ob die Chemie von IRS 3 einen Einzelfall oder den ersten bestätigten Fall eines breiteren Prozesses darstellt, der in Galaxienkernen abläuft, ist die Frage, die die Durchmusterung beantworten soll.

Referenz: Peißker et al., „Dust production in the harsh environment of Sgr A* — MIRI/JWST observation of the O‑rich asymptotic giant branch star IRS 3“, Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004‑6361/202660243

Schlagwörter: JWST, black holes, Sagittarius A*, galactic center, IRS 3, MICONIC