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在人马座A*门口发现水——银河系核心果然能进行化学反应

恒星IRS 3本不该制造水。它距离银河系中心的超大质量黑洞人马座A*（Sagittarius A*）仅0.55光年——在这个区域，紫外线和X射线辐射极其强烈，大多数分子在完全形成之前就会被摧毁。然而，詹姆斯·韦伯太空望远镜的中红外仪器（MIRI）的数据显示，IRS 3被一层致密的包层包裹，其中含有水蒸气和富氧硅酸盐尘埃，这正是濒死恒星在远离此类辐射源的地方才会产生的分子物质。

来自科隆大学的弗洛里安·派斯克（Florian Peißker）领导了这项探测，它推翻了一个长期以来的假设：即超大质量黑洞周围极端环境是一个化学禁区，过于剧烈，无法进行在宁静恒星邻域中常见的分子过程。IRS 3表明这一过程仍在发生。有多少其他位于银河系中心附近的演化恒星也在悄悄进行同样的事情，这是完整的MICONIC巡天项目现在有能力回答的问题。

JWST如何解读银河系最极端区域内的化学构成

派斯克团队利用JWST的中红外仪器（MIRI）观测了人马座A*周围最内层的一秒差距。中红外波长揭示了光学望远镜无法看到的东西：尘埃的热辐射以及水等化合物的分子吸收特征。以往的仪器要么分辨率不足以将IRS 3与其邻近天体区分开，要么在相关波长上缺乏MIRI的灵敏度。

数据显示IRS 3的尘埃包层内存在两种不同的光谱特征：富氧硅酸盐尘埃（一种硅和氧的化合物）的指纹，以及水蒸气清晰无误的吸收特征。这并非微量探测。团队对恒星包层的结构进行了多种模型模拟，比较了不同的温度分布、尘埃成分和几何构型，而这些特征在所有模型中均持续存在。该工作是在MICONIC项目下进行的，这是一个专门设计用于在中红外波段绘制银河系中心图的JWST观测计划。

每18天抛射一个地球质量的富集物质

IRS 3是一颗富氧的渐近巨星分支（AGB）星——这是演化红巨星在生命最后阶段的一类。处于这一阶段的恒星已经耗尽了核心中的氦燃烧燃料，正以越来越强烈的恒星风抛射其外层。

即使在AGB标准中，其质量损失率也非同寻常：这颗恒星每18天抛射相当于一个地球质量的物质。以15公里/秒的恒星风速度，这些物质已经堆积成一个延伸约10,000个天文单位的尘埃包层——大约是地球到海王星距离的250倍。该包层的最内层区域温度约为1,200开尔文，足以使硅酸盐颗粒凝结；外层边缘则冷却到约100开尔文。在两个极端，这些物质都存活了下来，尽管经受着人马座A*以及附近密集的年轻炽热恒星群所维持的辐射场。

这颗恒星本身的质量大约是太阳的6倍，光度约为太阳的60,000倍。它已有7200万年的历史——寿命很短，符合一颗快速燃烧燃料的大质量恒星的特征。

这对银河系中心化学研究意味着什么

几十年来，银河系中心一直被视为化学贫瘠的区域。理由很直接：来自中心黑洞及其周围活动的强烈辐射解离分子的速度超过了分子形成的速度。对AGB星中尘埃形成的研究一直将这些天体置于远离银河系核的宁静区域。

MICONIC的观测表明这一图景并不完整。即使距离银河系中最活跃的地点之一仅有不到一光年，一颗处于生命最后阶段的恒星仍在进行AGB星在任何地方都会做的化学工作：凝结硅酸盐尘埃，将氧结合到分子键中，在其外层大气中制造水。如果IRS 3代表了在银河系中心附近运行的演化恒星——并非独特的例外，而是一个群体的成员——那么银河系核可能正从围绕其运行的演化恒星群中接收到稳定的复杂分子输入。

这一发现的意义超出了银河系。超大质量黑洞位于大多数大型星系的中心，其中许多星系被密集的恒星群包围。JWST现在有能力在中红外波段探测这些环境。其他星系的黑洞附近是否也存在IRS 3型的化学活动，这是一个该望远镜直接有能力回答的问题。

研究尚未解决的问题

IRS 3包层内的探测是确凿的，但物质一旦离开恒星后会发生什么则更难确定。密集的恒星风可能提供局部屏蔽，使分子在靠近恒星的地方保持完整，而周围的辐射则在稍远一些的距离内将它们摧毁。来自IRS 3的尘埃和水是否混合到更广泛的银河系中心环境中——还是在恒星茧之外迅速被光解离——需要随时间监测抛射物质的命运。

用于解释红外特征的模型存在固有的不确定性。位于银河系中心的AGB星所处的辐射环境与太阳附近恒星群模型所模拟的任何环境都不同。团队的最佳匹配模型与观测结果高度吻合，但实际的尘埃颗粒大小分布和包层的三维结构仍被限制在某个范围内，而非固定为单一数值。

IRS 3也仅仅是一颗恒星。该结果是否具有普遍性取决于完整的MICONIC巡天项目的完成。

关于黑洞附近水形成的问题

水如何在超大质量黑洞旁边存活？关键在于IRS 3的包层。这颗恒星稠密的外层大气提供了一个局部茧，其密度足以保护最内层区域免受人马座A*辐射的侵袭。分子在气体冷却且稠密的地方形成，并由周围物质保护，免受最具能量光子的直接照射。这一屏障在恒星直接环境之外是否仍然有效，仍是一个悬而未决的问题。

0.55光年在实际中意味着什么？大约是地球到太阳距离的35,000倍——在任何人类尺度上都极其巨大，但一光年的很小一部分使得IRS 3距离人马座A*比距离我们太阳最近的恒星还要近。比邻星距离我们4.2光年；IRS 3绕行的轨道距离银河系中最大质量的天体比这个距离还要小大约八倍。

什么是超级风阶段？AGB星随着年龄增长质量损失加剧。超级风阶段是这一过程的最后爆发——此时恒星抛射物质的速度比其生命早期高数百或数千倍。一旦超级风结束，恒星已经抛射了大部分外层，剩余部分坍缩成一颗致密的白矮星。

这是否意味着水可能存在于其他星系黑洞附近？这一发现使其变得合理。机制——一颗演化恒星在周围辐射中保护其自身分子包层——并非银河系独有。其他星系超大质量黑洞附近是否存在类似的化学活动，现在是一个可检验的问题，而JWST的中红外能力使其成为最适合检验这一问题的仪器。

派斯克及其同事于2026年8月在《Astronomy & Astrophysics》上发表了他们的发现。MICONIC巡天将在未来几个月继续绘制银河系中心图，瞄准内秒差距内的其他演化恒星和源。IRS 3的化学活动是一个孤立案例，还是银河系核心内更广泛过程的第一个确证实例，正是该巡天项目旨在回答的问题。

Reference: 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

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