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.

Il JWST trova acqua alla soglia di Sagittario A* — i nuclei galattici fanno chimica

La stella IRS 3 non dovrebbe produrre acqua. Orbita a 0,55 anni luce da Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea — una zona così satura di raggi ultravioletti e X che la maggior parte delle molecole dovrebbe venire distrutta ancor prima di formarsi completamente. Eppure i dati dello strumento MIRI a bordo del James Webb Space Telescope mostrano che IRS 3 è circondata da un denso involucro contenente sia vapore acqueo che polvere di silicato ricca di ossigeno, esattamente il tipo di materiale molecolare che le stelle morenti producono lontano da tali fonti di radiazione.

Florian Peißker, dell’Università di Colonia, ha guidato la scoperta, che ribalta una convinzione a lungo sostenuta: che l’ambiente estremo immediatamente circostante i buchi neri supermassicci agisca come una zona senza chimica, troppo violenta per consentire i processi molecolari che popolano i più tranquilli quartieri stellari. IRS 3 mostra che il processo avviene comunque. Quante altre stelle evolute vicino ai centri galattici stiano silenziosamente facendo la stessa cosa è una domanda a cui il survey MICONIC è ora in grado di rispondere.

Come JWST ha letto la chimica nella zona più estrema della Via Lattea

Il team di Peißker ha utilizzato il Mid-Infrared Instrument (MIRI) di JWST per osservare il parsec più interno attorno a Sagittarius A*. Le lunghezze d’onda del medio infrarosso rivelano ciò che i telescopi ottici non possono vedere: il bagliore termico della polvere e le caratteristiche di assorbimento molecolare di composti come l’acqua. Gli strumenti precedenti o non avevano la risoluzione per separare IRS 3 dai suoi vicini, o non avevano la sensibilità di MIRI alle lunghezze d’onda rilevanti.

I dati hanno mostrato due distinte firme spettrali all’interno dell’involucro polveroso di IRS 3: l’impronta della polvere di silicato ricca di ossigeno (un composto di silicio e ossigeno) e l’inconfondibile caratteristica di assorbimento del vapore acqueo. Non si tratta di rilevamenti marginali. Il team ha eseguito molteplici modelli della struttura dell’involucro stellare, confrontando diversi profili di temperatura, composizioni di polvere e configurazioni geometriche, e le firme sono persistite in tutti i modelli. Il lavoro è stato condotto nell’ambito di MICONIC, un programma JWST progettato specificamente per mappare il centro galattico a lunghezze d’onda del medio infrarosso.

Una massa terrestre di materiale espulsa ogni 18 giorni

IRS 3 è una stella ramo asintotico delle giganti (AGB) ricca di ossigeno — una classe di giganti rosse evolute negli ultimi capitoli della loro vita. Le stelle in questa fase hanno esaurito il combustibile di combustione dell’elio nei loro nuclei e stanno perdendo i loro strati esterni in venti stellari sempre più intensi. IRS 3 si trova attualmente in quella che gli astronomi chiamano fase di supervento: il periodo di massima perdita di massa immediatamente prima che una stella espella completamente il suo guscio esterno e collassi in una nana bianca.

Il tasso di perdita di massa è straordinario anche per gli standard AGB: la stella espelle l’equivalente di una massa terrestre di materiale ogni 18 giorni. Alla velocità del vento stellare di 15 chilometri al secondo, questo materiale ha costruito un involucro polveroso che si estende per circa 10.000 unità astronomiche dalla stella — circa 250 volte la distanza dalla Terra a Nettuno. La regione più interna di questo involucro si trova a circa 1.200 Kelvin, abbastanza fredda perché i grani di silicato si condensino; le frange esterne si raffreddano fino a circa 100 Kelvin. A entrambi gli estremi, il materiale è sopravvissuto nonostante il campo di radiazione mantenuto da Sagittarius A* e dal denso ammasso di stelle giovani e calde nelle vicinanze.

La stella stessa ha una massa circa 6 volte superiore a quella del Sole e brilla con una luminosità circa 60.000 volte superiore a quella solare. Ha 72 milioni di anni — una vita breve, coerente con una stella massiccia che ha bruciato rapidamente il suo combustibile.

Cosa cambia questo per la chimica del centro galattico

Per decenni, i centri galattici sono stati trattati come regioni chimicamente sterili. L’argomento era semplice: la radiazione intensa del buco nero centrale e della sua attività circostante dissocia le molecole più velocemente di quanto possano formarsi. Gli studi sulla formazione di polvere nelle stelle AGB collocavano costantemente questi oggetti in quartieri tranquilli, lontani dai nuclei galattici.

L’osservazione MICONIC suggerisce che quel quadro era incompleto. Anche a una frazione di anno luce da uno dei punti più attivi della Via Lattea, una stella nella sua fase finale di vita sta ancora svolgendo il lavoro chimico che le stelle AGB fanno ovunque: condensare polvere di silicato, incorporare ossigeno in legami molecolari, costruire acqua nella sua atmosfera esterna. Se IRS 3 è rappresentativa delle stelle evolute che orbitano vicino ai centri galattici — non un’eccezione unica ma un membro di una popolazione — i nuclei galattici potrebbero ricevere un apporto costante di molecole complesse dalla popolazione stellare evoluta che orbita al loro interno.

Le implicazioni si estendono oltre la Via Lattea. I buchi neri supermassicci si trovano al centro della maggior parte delle grandi galassie, molti circondati da dense popolazioni stellari. JWST è ora in grado di sondare quegli ambienti a lunghezze d’onda del medio infrarosso. Se una chimica di tipo IRS 3 operi vicino ai buchi neri di altre galassie è una domanda a cui il telescopio è direttamente in grado di rispondere.

Cosa lo studio lascia irrisolto

La rilevazione all’interno dell’involucro di IRS 3 è solida, ma cosa accada al materiale una volta che lascia la stella è più difficile da determinare. Il denso vento stellare potrebbe fornire una schermatura locale che mantiene intatte le molecole vicino alla stella, mentre la radiazione circostante le distrugge entro una piccola distanza aggiuntiva. Se la polvere e l’acqua di IRS 3 si mescolino nell’ambiente più ampio del centro galattico — o vengano rapidamente fotodissociate oltre il bozzolo stellare — richiede il monitoraggio del destino del materiale espulso nel tempo.

I modelli utilizzati per interpretare le firme infrarosse portano con sé incertezze intrinseche. Le stelle AGB al centro galattico esistono in un ambiente di radiazione diverso da qualsiasi cosa modellata per le popolazioni stellari nel vicinato solare. I modelli migliori del team corrispondono bene alle osservazioni, ma l’effettiva distribuzione delle dimensioni dei grani di polvere e la struttura tridimensionale dell’involucro rimangono vincolate entro intervalli piuttosto che fissate a valori singoli.

IRS 3 è anche una sola stella. Se il risultato sia generalizzabile dipende dal completamento dell’intero survey MICONIC.

Domande sull’acqua che si forma vicino a un buco nero

Come può l’acqua sopravvivere accanto a un buco nero supermassiccio? La chiave è l’involucro di IRS 3. La densa atmosfera esterna della stella fornisce un bozzolo locale abbastanza denso da schermare le regioni più interne dalla radiazione di Sagittarius A*. Le molecole si formano dove il gas è freddo e denso, protetto dal materiale circostante dall’esposizione diretta ai fotoni più energetici. Se quello scudo regga oltre l’ambiente stellare immediato rimane una domanda aperta.

Cosa sono 0,55 anni luce in termini pratici? Circa 35.000 volte la distanza Terra-Sole — enorme in qualsiasi metro umano, ma una piccola frazione di anno luce colloca IRS 3 più vicino a Sagittarius A* di quanto la stella più vicina lo sia al nostro Sole. Proxima Centauri si trova a 4,2 anni luce da noi; IRS 3 orbita a una distanza circa otto volte inferiore da quello dall’oggetto più massiccio della Via Lattea.

Cos’è la fase di supervento? Le stelle AGB sperimentano una perdita di massa crescente mentre invecchiano. La fase di supervento è l’esplosione finale di questo processo — quando la stella espelle materiale a un tasso centinaia o migliaia di volte superiore rispetto alle fasi precedenti della sua vita. Una volta terminato il supervento, la stella ha perso la maggior parte dei suoi strati esterni e il residuo collassa in una compatta nana bianca.

Questo significa che potrebbe esistere acqua vicino ad altri buchi neri galattici? La scoperta lo rende plausibile. Il meccanismo — una stella evoluta che scherma il proprio involucro molecolare contro la radiazione circostante — non è unico della Via Lattea. Se una chimica simile operi vicino ad altri buchi neri supermassicci galattici è ora una questione verificabile, e le capacità nel medio infrarosso di JWST ne fanno lo strumento più adatto per testarla.

Peißker e colleghi hanno pubblicato i loro risultati su Astronomy & Astrophysics nell’agosto 2026. Il survey MICONIC continuerà a mappare il centro galattico nei prossimi mesi, prendendo di mira altre stelle evolute e sorgenti nel parsec interno. Se la chimica di IRS 3 rappresenti un caso isolato o la prima istanza confermata di un processo più ampio che opera all’interno dei nuclei galattici è la domanda a cui il survey è progettato per rispondere.

Riferimento: 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

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