Webb findet Wasser nahe dem Schwarzen Loch – in der Hülle von IRS 3

„Wasser nahe dem Schwarzen Loch“ ist eine korrekte Kurzfassung – und zugleich eine Einladung zu einem falschen Bild. Das James-Webb-Weltraumteleskop hat keinen Ozean am Ereignishorizont und keine Wasserwolke im Schwarzen Loch entdeckt. Die am 11. August veröffentlichte Studie betrifft IRS 3, einen massereichen, weit entwickelten Stern im Zentrum der Milchstraße. In seiner staubigen Hülle fanden Forschende erstmals klare spektrale Hinweise auf Wassermoleküle.

Der Ort macht den Befund interessant. IRS 3 liegt in der Projektion am Himmel etwa 0,17 Parsec oder 0,55 Lichtjahre von Sagittarius A* entfernt, dem supermassereichen Schwarzen Loch unserer Galaxie. Dort prägen intensive Strahlung, dichte Sternfelder und dynamische Prozesse eine Umgebung, die für Moleküle und frisch gebildeten Staub wenig einladend erscheint. Trotzdem verliert IRS 3 weiter Material und baut eine ausgedehnte Hülle auf.

Was Webb tatsächlich gemessen hat

Die entscheidenden Daten sind keine gewöhnliche Farbfotografie. Das Team nutzte 2025 den Medium Resolution Spectrometer des Mid-Infrared Instrument, kurz MIRI. Ein Spektrum zerlegt das empfangene Infrarotlicht nach Wellenlängen. Atome, Moleküle und Feststoffe hinterlassen darin charakteristische Absorptions- oder Emissionsmerkmale – vergleichbar mit einem chemischen Fingerabdruck, nicht mit einem direkt fotografierten Wassertropfen.

Nach der Korrektur für den Staub zwischen Erde und galaktischem Zentrum fanden die Forschenden eine breite Silikat-Signatur bei 9,7 Mikrometern und ein dazugehöriges Merkmal bei 18,5 Mikrometern. Modelle mit amorphen Silikaten und Aluminiumoxid reproduzierten das beobachtete Spektrum. Zusätzlich identifizierte die Analyse H₂O in der Hülle von IRS 3. Gemeint sind Wassermoleküle im zirkumstellaren Material – keine Aussage über flüssiges Wasser oder lebensfreundliche Bedingungen.

Gerade diese Kombination ändert das chemische Porträt des Sterns. IRS 3 fällt seit Langem als eine der hellsten Quellen im mittleren Infrarot im galaktischen Zentrum auf. Frühere Untersuchungen hatten auch eine kohlenstoffreiche Zusammensetzung erwogen. Die beiden Silikatmerkmale und ihr Verhältnis sprechen nach der neuen Arbeit dagegen für einen sauerstoffreichen Stern.

Ein Stern am Ende seines Lebens baut neue Staubhüllen

IRS 3 befindet sich in der sogenannten asymptotischen Riesenastphase. Sterne in diesem Entwicklungsabschnitt sind groß, kühl und leuchtkräftig. Starke Sternwinde tragen ihre äußeren Schichten ins All. In diesem ausströmenden Material können Staubkörner entstehen; sie werden später Teil des interstellaren Mediums, aus dem wiederum neue Sterne und Planetensysteme hervorgehen können.

Aus Spektrum und Strahlungstransportmodell rekonstruiert das Team keine gleichmäßige Kugel, sondern mehrere Schalen. Die Hülle reicht nach der Studie ungefähr 10.000 Astronomische Einheiten weit. Eine Astronomische Einheit entspricht dem mittleren Abstand zwischen Erde und Sonne. Die ESA fasst das Modell mit Temperaturen von ungefähr 1.200 Kelvin in den inneren bis rund 100 Kelvin in den äußeren Bereichen zusammen.

Auch Masse und Alter sind Modellwerte, keine direkte Waagen- oder Kalenderablesung. Die Forschenden schätzen IRS 3 auf etwa sechs Sonnenmassen und ungefähr 72 Millionen Jahre. Unter der Annahme einer Windgeschwindigkeit von 15 Kilometern pro Sekunde ergibt die Arbeit eine hohe Massenverlustrate. Entscheidend für die Schlussfolgerung ist weniger eine einzelne Zahl als die konsistente Verbindung aus Staubsignaturen, Wassermolekülen und einer geschichteten Hülle.

Warum die Nähe zu Sagittarius A* zählt

Ein Schwarzes Loch „saugt“ nicht automatisch alles in seiner weiteren Umgebung ein. IRS 3 liegt deutlich außerhalb des Ereignishorizonts von Sagittarius A*. Die Herausforderung für den Sternwind ist hier vor allem die strahlungsreiche Umgebung des inneren galaktischen Zentrums. Sie kann Moleküle aufbrechen und die Chemie von Staub verändern. Der Nachweis zeigt, dass dieser Einfluss die Staubbildung des Sterns und das Überleben von H₂O nicht vollständig verhindert.

Das ist für Modelle von Galaxienzentren relevant. Staub absorbiert und streut Licht, kühlt Gas und liefert Oberflächen für chemische Reaktionen. Wenn weit entwickelte Sterne auch in extremen Zentren zuverlässig Staub zurückgeben, bleiben sie dort ein Materiallieferant. Die ESA formuliert die Folgerung bewusst als Möglichkeit: Solche Sterne könnten Galaxienzentren stärker mit Staub versorgen, als es eine ausschließlich feindliche Umgebung erwarten ließe.

Was eine einzelne Hülle noch nicht beweist

IRS 3 ist ein besonders heller und gut untersuchbarer Einzelfall. Aus ihm folgt nicht, dass Wassermoleküle in jeder Sternhülle nahe jedem supermassereichen Schwarzen Loch vorkommen. Auch die räumliche Trennung von 0,55 Lichtjahren ist eine projizierte Entfernung am Himmel; die tatsächliche dreidimensionale Distanz kann größer sein. Für die breite Aussage über den Materialkreislauf müssen weitere Sterne und weitere Galaxienzentren mit vergleichbarer spektraler Qualität untersucht werden.

Die Stärke der neuen Arbeit liegt deshalb in der Präzision: Zum ersten Mal liegt für IRS 3 ein kontinuierliches Spektrum im mittleren Infrarot vor, das Silikatstaub, Aluminiumoxid und H₂O gemeinsam auflöst. MIRI deckt den Bereich von 5 bis 28,3 Mikrometern ab und wird auf knapp minus 266 Grad Celsius gekühlt, damit die eigene Wärmestrahlung des Instruments die schwachen kosmischen Signale nicht überdeckt.

Eine Entdeckung mit Kölner Handschrift

Geleitet wurde die Studie von Florian Peißker vom I. Physikalischen Institut der Universität zu Köln. Beteiligt waren unter anderem die ESA, europäische Institute und das Space Telescope Science Institute. Die Beobachtungen gehören zum MICONIC-Programm, das nahe und markante Galaxienzentren im mittleren Infrarot charakterisiert. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in Astronomy & Astrophysics.

Für Leserinnen und Leser bleibt damit ein nüchterneres, aber wissenschaftlich stärkeres Bild als „Wasser im Schwarzen Loch“: Ein alternder Stern hält seinen eigenen Materialkreislauf in einer extremen Nachbarschaft aufrecht. Webb macht nicht nur den Staub sichtbar, sondern liest seine Chemie – und findet darin ein Molekül, dessen Überleben dort keineswegs selbstverständlich war.