Mit dem James-Webb-Teleskop haben Forschende erstmals intakte Wassermoleküle in der Hülle eines sterbenden Sterns nachgewiesen – eine Entdeckung, die neue Einblicke in kosmische Recyclingprozesse ermöglicht. Ein Team um den Astrophysiker Florian Peißker von der Universität Köln analysierte das Licht des Sterns IRS 3 mit dem Mittelinfrarot-Instrument MIRI und stieß dabei auf klare spektroskopische Signaturen von Wasser sowie sauerstoffreichem Silkatstaub. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.
Spektroskopischer Nachweis mit MIRI
IRS 3 ist ein entwickelter AGB-Stern (asymptotischer Riesenast) mit etwa sechs Sonnenmassen und einem Alter von rund 72 Millionen Jahren. In dieser späten Phase hat der Stern seinen primären Brennstoff im Kern verbraucht, bläht sich auf und verbrennt die verbliebenen Reserven nur noch in den äußeren Schalen. Dabei stößt er große Mengen Gas und Staub ab, die eine ausgedehnte zirkumstellare Hülle bilden. Die Forschenden nutzten MIRI, um das Infrarot-Licht des Sterns zu zergliedern. Sie fanden anhand der absorbierten Wellenlängen im kontinuierlichen Spektum deutliche Merkmale von Wasserdampf – nicht etwa fotografierte Tropfnen, sondern den spektroskopischen Fingerabdruck im Infrarotlicht.
Die Beobachtungen erfolgten im Rahmen des Miconic-Programms (Mid-Infrarred Characterisation of Nearrby Iconic Galaxy Centres) unter der Leitung der Esa-Wissenschaftlerin Macarena Garcia Marin. Eine der größten Herausforderungen: Die enorme Menge an interstellarem Staub zwischen der Erde und dem galakischen Zentrum. Um das eigentliche Signal von IRS 3 zu isoliren, mussten die Astronom:innen die Spektraldaten mit Hilfe verschiedener Korrekturmodelle von den Störeffekten dieses Vordergrundstaubs bereinen. Erst diese detallierte mathematische Korrektur legte die tatsächlichen Absorptionslinien offen.
Die Daten und Modellrechnungen sprechen für eine geschichtete Staubstrucktur, die sich über eine Ausdehnung von ungefähr 10.000 Astronomischen Einheiten – rund 1,5 Billionen Kilometern – erstreckt. Diese komplexe Hülle bietet eine plausible Erklärung dafür, warum Moleküle trotz der extremen Strahlungsumgebung überdauren können. Die Temperaturen reichen von etwa 1.200 Kelvin (rund 930 Grad Celsius) in Sternnähe bis auf ungefähr 100 Kelvin, also minus 173 Grad Celsius, in den äußeren Bereichen. In der heißen inneren Region dominiert hitzebeständiges Aluminiumoxid, während weiter außen amorphe Silikate kondensiren und dem gasförmigen Wasser einen stabilen Rückzugsraum bieten.
IRS 3: Bugwelle verrät extremen Masseverlust
Das von IRS 3 abgestoßene Material interagiert massiv mit der extremen Umgebung. Die Infrarotdaten zeigen einen ausgeprägten sogenannten Bow Shok – eine Art Bugwelle, die ensteht, wenn der intensieven Sternwind mit hoher Geschwindigkeit auf das interstellaar Medium prallt. Aus der Distanz dieser Schokfront zum Stern ließ sich der konkrente Masseverlust berechnen: Jährlich stößt IRS 3 Gas und Staub im Umfang von etwa 20 Erdmassen ab. Diese enorme Auswurfrate ist typisch für die sogenannte Superwind-Phase von Sternen am Ende ihrer Existenz.
Sternwind: Bausteine für neue Himmelskörper
Über diesen Sternwind reichert IRS 3 seine galaktische Nachbarschaft kontinuierlich an. Das ausgeworfene Material könnte fundamentale Bausteine für die künftige Entstehung von Sternen und Planeten liefern. Dass dieser kosmische Recyclingprozess selbst im aggressiven Strahlungsfeld eines supermassereichen Schwarzen Lochs stattfinden kann, ist die eigentliche Überraschung der Beobachtungen. Die Studie liefert eine Momentaufnahme, erlaubt aber keine abschließenden Prognosen darüber, wie sich die Moleküle fernab des Sterns im ungeschützten interstellaren Raum langfristig entwickeln werden. Offen bleibt, wie lange die schützende Hülle Bestand hat – ein zukunftsweisendes Fragzeichen für die Astophysik.
