蝌学最前沿 | 黑洞旁边竟然有水？一颗老恒星正在把水和尘埃吹向太空

2026年8月11日，欧洲航天局发布了一份科学公报。一个国际天文学家团队利用韦布空间望远镜，在银河系中心超大质量黑洞人马座A*附近的一颗恒星周围，发现了水和富氧尘埃。

这颗编号为IRS 3的恒星，与黑洞的最近距离可能只有0.55光年。

IRS 3区域。

图片来源：ESA/Webb

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IRS 3：一颗走到生命末期的恒星

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IRS 3是一颗演化到晚期的恒星。天文学家把它叫作AGB星——它正处于恒星生命最后的阶段之一。

我们平时看到的恒星，比如太阳，正处于“青壮年”时期——核心在稳定地燃烧氢。但AGB星不一样。它的核心燃料已经烧得差不多了，外层开始剧烈膨胀，体积变得巨大，表面温度反而偏低，整体亮度很高。太阳在大约50亿年后也会进入这个阶段，到时候它的外层会膨胀到超过地球公转轨道的位置。

赫罗图是恒星天文学中

反映恒星光度与表面温度

或光谱类型关系的分布图，

约90%恒星集中于主序带，

其余分布于红巨星、白矮星等区域。

AGB 位于主序带右上方。

图片来源：百度百科

AGB星有一个显著特点：它会通过强烈的恒星风，把外层气体不断向外吹散。

你可以把它想象成一个不断漏气的气球，只不过漏出来的不是空气，而是制造恒星和行星的原材料。 太阳也在吹恒星风，但相对来说速度慢、强度低。IRS 3的恒星风速度大约15公里/秒，比太阳的强得多。

这些被吹出去的物质在恒星周围逐渐堆积，形成了一个巨大的尘埃包层，延伸范围约10000个天文单位。一个天文单位是地球到太阳的平均距离——约1.5亿公里。也就是说，这个尘埃包层的半径是地球到太阳距离的一万倍。

此前研究曾认为IRS 3可能是一颗富碳型恒星。但韦布空间望远镜的新数据显示，它实际上是一颗富氧恒星。这个区分很重要——富碳和富氧恒星向太空输出的物质成分完全不同。富氧恒星输出的是氧、硅酸盐和水。硅酸盐你可能不熟悉，它是沙子、石头的主要成分。

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韦布用中红外光“看穿”了尘埃

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IRS 3周围的尘埃包层很厚。如果用我们日常理解的“可见光”望远镜去看，尘埃会把光线全部挡住，什么都看不到。这就好比大雾天，你站在楼顶往下看，地面被雾遮得严严实实。

韦伯望远镜的中红外仪器解决了这个问题——中红外波段对尘埃有穿透力，就像热成像仪能看穿雾气一样。

韦布空间伯望远镜上的中红外仪器（MIRI），

专用于探测 5–28 微米波段。

图片来源：央视新闻

这次研究用的就是中红外仪器里的光谱仪模式。在IRS 3的光谱中，水分子留下了明显的吸收信号。

除了水分子，数据还显示出硅酸盐尘埃的强红外特征。硅酸盐是富氧恒星周围常见的尘埃类型，也是岩石行星的主要成分。

这是科学家首次在IRS 3周围的尘埃包层中明确探测到水分子。

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AGB星是宇宙中的尘埃工厂

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IRS 3正在做的事情，天文学上叫“尘埃生产”。

不过这里的“尘埃”不是日常说的灰尘。你桌面上落的那层灰，主要来自皮肤碎屑、衣服纤维和户外吹进来的泥土。宇宙尘埃完全不同——它是漂浮在太空中的固态微小颗粒，成分包括硅、氧、碳、铁等元素。这些颗粒是形成行星、小行星、彗星的基本材料，相当于盖房子的砖块和水泥。没有这些原材料，新的行星就建不起来。

宇宙中存在着大量的宇宙尘埃。

图片来源：百度百科

AGB星是宇宙中最重要的尘埃工厂之一。这类恒星通过星风损失的质量可占其初始质量的50%到70%。它们为星际介质提供了高达35%的宇宙尘埃。

IRS 3的尘埃包层呈现分层壳状结构。温度从恒星附近的约927 °C，下降到外层的约零下173 °C。不同的温度区域，尘埃的成分和状态也不同——内层是刚“出炉”的热尘埃，外层是冷却后飘散开来的旧尘埃。

恒星周围的尘埃包层呈现分层结构，

温度由内向外递减。

图片来源：Nature

IRS 3的质量约为6倍太阳质量，年龄约7200万年。在恒星的时间尺度上，它很年轻，但已经走到了生命的最后阶段。

IRS 3的星风不断向外输送物质。 它正在做的，是把身体里积攒了一辈子的重元素——氧、硅、还有水——全部“吐”回太空。

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宇宙物质循环的关键一环

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IRS 3有一个特殊之处——它离黑洞太近了。

黑洞的引力会拉扯周围的一切，它的辐射会把分子打碎。在这样的环境下，分子物质能否存续、尘埃能否形成，此前并不清楚。

水的发现表明，分子物质在强辐射主导的环境中仍能存续。IRS 3产生的尘埃包层证实，恒星的尘埃产生过程在极端条件下依然能运行。韦布的观测让人们能够直接观察恒星在这些极端条件下的表现，结果显示了尘埃产生过程的“韧性”——因为需要“抗住”黑洞旁边的恶劣环境才能活下来。

这关乎一个更大的图景——宇宙物质循环。

我们可以把它和地球上的水循环做个类比。地面上的水蒸发成水蒸气，水蒸气升到高空变成云，云里的水凝结成雨落回地面。水循环里，水分子不断变换形态但总量基本不变，反复使用。

宇宙物质循环的逻辑类似，只是时间尺度长得多——以亿年为单位。恒星从星际介质中诞生；核聚变反应在恒星内部制造出更重的元素；恒星演化到晚期，通过星风或爆发把这些物质释放回星际空间；这些释放出来的物质经过冷却和凝聚，又成为下一代恒星和行星的原材料。

宇宙物质循环闭环：

恒星→星际介质→新恒星／行星。

图片来源：AI生成图片

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IRS 3释放的水和尘埃会逐渐扩散，混入银河系中心的星际介质。它们不会消失，而是以另一种形式参与下一轮恒星和行星的形成。

IRS 3不是特殊个例。银河系中心有数百万颗恒星，其他AGB星也在做着类似的事情。在银河系环境最极端的区域，物质循环仍然在运转。

科学家在黑洞旁边找到了水和尘埃，这些物质最终会飘向远方，变成某颗未来行星的一部分。你现在呼吸的氧气、身体里的碳元素，也来自某颗早已死亡的恒星。

宇宙物质循环没有停过，一直在进行。

星际介质中的物质重新凝聚，

形成新一代恒星和行星。

图片来源：NASA

参考链接：

1. https://arxiv.org/abs/2608.09511

2. https://esawebb.org/images/weic2617a/

3. https://esawebb.org/news/weic2617/

4.https://www.news.cn/tech/20260812/3e30df9531e14d0284c68dc3fa5ecf55/c.html

作者：蝌蚪君

审核：刘颖 李培元 张超 杨柳