Fra en Caltech pressemelding:
Vann er virkelig overalt. Ser vi fra en avstand på 30 milliarder billioner kilometer bort i en kvasar - en av de lyseste og mest voldelige objektene i kosmos - har forskerne funnet en masse vanndamp som er minst 140 billioner ganger den for alt vannet i verdens hav kombinert, og 100 000 ganger mer massiv enn solen.
Fordi kvasaren er så langt borte, har lyset tatt 12 milliarder år å nå jorden. Observasjonene avslører derfor en tid da universet bare var 1,6 milliarder år gammelt. "Miljøet rundt denne kvasaren er unikt i og med at den produserer denne enorme mengden vann," sier Matt Bradford, forsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL), og en besøksmedarbeider i Caltech. "Det er en annen demonstrasjon av at vann er gjennomgripende i hele universet, selv på de aller første tidene." Bradford leder et av to internasjonale team av astronomer som har beskrevet sine kvasarfunn i separate artikler som er akseptert for publisering i Astrophysical Journal Letters.
Les Bradford & teams papir her.
En kvasar drives av et enormt svart hull som stadig forbruker en omgivende skive med gass og støv; mens den spiser, tømmer kvasaren ut enorme mengder energi. Begge grupper astronomer studerte en bestemt kvasar kalt APM 08279 + 5255, som har et svart hull 20 milliarder ganger mer massivt enn solen og produserer like mye energi som tusen billioner soler.
Siden astronomer forventet at vanndamp ville være til stede selv i det tidlige universet, er oppdagelsen av vann ikke i seg selv en overraskelse, sier Bradford. Det er vanndamp i Melkeveien, selv om den totale mengden er 4000 ganger mindre massiv enn i kvasaren, ettersom det meste av Melkeveiens vann er frosset i form av is.
Likevel er vanndamp en viktig sporingsgass som avslører kvasarens natur. I denne spesielle kvasaren er vanndampen fordelt rundt det sorte hullet i et gassformet område som spenner over hundrevis av lysår (et lysår er omtrent billioner miles), og dets tilstedeværelse indikerer at gassen er uvanlig varm og tett av astronomiske standarder. Selv om gassen er en kald –53 grader Celsius (–63 grader Fahrenheit) og er 300 billion ganger mindre tett enn Jordens atmosfære, er den fortsatt fem ganger varmere og 10 til 100 ganger tettere enn hva som er typisk i galakser som Melkeveien.
Vanndampen er bare en av mange typer gass som omgir kvasaren, og dens tilstedeværelse indikerer at kvasaren bader gassen i både røntgenstråler og infrarød stråling. Samspillet mellom stråling og vanndamp avslører gassens egenskaper og hvordan kvasaren påvirker den. For eksempel viser analyse av vanndampen hvordan strålingen varmer opp resten av gassen. Videre antyder målinger av vanndamp og andre molekyler, for eksempel karbonmonoksid, at det er nok gass til å mate det sorte hullet til det blir omtrent seks ganger så stort. Hvorvidt dette vil skje er ikke klart, sier astronomene, siden noe av gassen kan ende opp med å kondensere til stjerner eller kan bli kastet ut fra kvasaren.
Bradfords team gjorde sine observasjoner fra og med 2008, ved å bruke et instrument kalt Z-Spec ved Caltech Submillimeter Observatory (CSO), et 10-meters teleskop nær toppen av Mauna Kea på Hawaii. Z-Spec er en ekstremt følsom spektrograf, som krever temperaturer som er avkjølt til innenfor 0,06 grader over absolutt null. Instrumentet måler lys i et område av det elektromagnetiske spekteret kalt millimeterbåndet, som ligger mellom infrarøde og mikrobølgelengder. Forskernes oppdagelse av vann var mulig bare fordi Z-Specs spektraldekning er 10 ganger større enn for tidligere spektrometre som opererte på disse bølgelengdene. Astronomene gjorde oppfølgingsobservasjoner med Combined Array for Research in Millimeter-Wave Astronomy (CARMA), et utvalg av radiofat i Inyo-fjellene i Sør-California.
Denne oppdagelsen belyser fordelene ved å observere i millimeter- og submillimeterbølgelengdene, sier astronomene. Feltet har utviklet seg raskt de siste to til tre tiårene, og for å nå det fulle potensialet for denne forskningsgrensen, designer astronomene - inkludert studieforfatterne - CCAT, et 25 meter teleskop som skal bygges i Atacama-ørkenen i Chile. CCAT vil tillate astronomer å oppdage noen av de tidligste galaksene i universet. Ved å måle tilstedeværelsen av vann og andre viktige sporingsgasser, kan astronomer studere sammensetningen av disse urfolksgalakser.
Den andre gruppen, ledet av Dariusz Lis, senior forskningsassistent i fysikk ved Caltech og visedirektør for CSO, brukte Plateau de Bure interferometer i de franske Alpene for å finne vann. I 2010 var Liss team på jakt etter spor av hydrogenfluorid i spekteret til APM 08279 + 5255, men serendipitøst oppdaget et signal i kvasarspekteret som indikerte tilstedeværelsen av vann. Signalet hadde en frekvens som tilsvarer stråling som sendes ut når vann overgår fra en høyere energitilstand til en lavere. Mens Liss team fant bare ett signal på en enkelt frekvens, gjorde Z-Specs store båndbredde mulig for Bradford og kollegene å oppdage vannutslipp på mange frekvenser. Disse flere vannovergangene la Bradfords team til å bestemme de fysiske egenskapene til kvasarens gass og vannets masse.
