Poeira e água avistadas perto de buraco negro gigante

As novas observações fornecem a visão mais detalhada no infravermelho médio da estrela altamente evoluída IRS 3, que está localizada a apenas 0,55 anos-luz de Sagitário A*, o buraco negro supermassivo central da galáxia da Via Láctea. O IRS 3 atingiu um estágio próximo ao fim de sua vida denominado fase de ramo gigante assintótico. As estrelas nesta fase da vida são enormes, frias e luminosas, e libertam gás para o espaço com os seus poderosos ventos estelares. Este material estelar rejeitado é uma das fontes mais importantes de poeira cósmica, mas não estava claro se poderia ser produzido por uma estrela tão próxima de um buraco negro supermassivo.

Ao analisar a luz infravermelha da estrela com o Webb MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio), a equipe de pesquisa identificou assinaturas claras de poeira rica em oxigênio e, pela primeira vez, detectou água no envelope circundante da estrela. Os resultados mostram que mesmo sob condições adversas perto de um buraco negro supermassivo, estrelas evoluídas como a IRS 3 ainda podem produzir poeira e outros materiais importantes para a criação de futuras gerações de estrelas e planetas.

“Os centros galácticos estão entre os ambientes mais extremos, por isso compreender se as estrelas podem continuar a enriquecer os seus arredores é uma questão importante, “disse o autor principal Florian Peißker, da Universidade de Colónia, na Alemanha. “Com Webb, podemos observar diretamente como as estrelas se comportam sob estas condições e ver que a produção de poeira permanece notavelmente resiliente.”

O IRS 3 é uma das fontes infravermelhas médias mais brilhantes do centro galáctico e há muito que se destaca devido ao seu enorme envelope poeirento. Estudos anteriores sugeriram que a estrela poderia ser rica em carbono, mas as novas observações pintam um quadro diferente. Os dados do Webb revelaram duas fortes assinaturas infravermelhas associadas à poeira de silicato, que é composta de silício e oxigênio. Estas características identificam a IRS 3 como uma estrela evoluída rica em oxigénio, que está a aproximar-se do fim da sua vida e a libertar material para o espaço.

“Esta descoberta foi possível devido aos instrumentos infravermelhos altamente capazes do Webb”, disse Macarena Garcia Marin da ESA, co-autor do estudo e PI do programa MICONIC. “Esta é a primeira vez que um espectro contínuo no infravermelho médio foi recolhido para esta estrela, permitindo-nos detectar as características da poeira de silicato e descobrir a verdadeira identidade química da estrela.”

Ao combinar as observações de Webb do espectro da estrela com simulações de como a sua luz se moveria através de diferentes modelos do envelope circundante, a equipa foi capaz de reconstruir a estrutura do envelope da estrela. Os seus resultados indicam uma distribuição de poeira em camadas, semelhante a uma concha, que se estende por cerca de 10 000 unidades astronómicas da estrela, com temperaturas a cair de aproximadamente 1200 Kelvin perto da estrela para cerca de 100 Kelvin nas regiões exteriores. As observações também revelaram evidências de água dentro do envelope do IRS 3: a primeira detecção clara deste tipo para este objeto.

“A detecção de água é especialmente emocionante porque mostra que o material molecular pode sobreviver em um ambiente dominado por radiação intensa,” disse Macarena. “Isto diz-nos que mesmo perto de um buraco negro supermassivo, as estrelas podem continuar a contribuir com material para os seus arredores.”

A partir das observações e da modelagem estelar, os pesquisadores estimam que o IRS 3 tenha uma massa aproximadamente seis vezes maior que a do Sol e tenha cerca de 72 milhões de anos. A estrela parece estar passando por intensa perda de massa, ejetando material para o espaço e criando o envelope estendido visto por Webb.

Estes resultados sugerem que as estrelas evoluídas podem continuar a desempenhar um papel importante no fornecimento de poeira aos centros galácticos – regiões que anteriormente se pensava serem especialmente hostis a estes processos.

As observações foram obtidas em 2025 como parte do programa de observações de tempo garantido de caracterização do infravermelho médio de centros de galáxias icônicos próximos (MICONIC) usando o instrumento MIRI de Webb.