De un comunicado de prensa de Caltech:
El agua realmente está en todas partes. Mirando desde una distancia de 30 mil millones de billones de millas hacia un quásar, uno de los objetos más brillantes y violentos del cosmos, los investigadores han encontrado una masa de vapor de agua que es al menos 140 billones de veces mayor que el agua en los océanos del mundo. combinados, y 100,000 veces más masivo que el sol.
Debido a que el cuásar está tan lejos, su luz ha tardado 12 mil millones de años en llegar a la Tierra. Por lo tanto, las observaciones revelan un momento en que el universo tenía solo 1.600 millones de años. "El entorno alrededor de este cuásar es único, ya que está produciendo esta enorme masa de agua", dice Matt Bradford, científico del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA y asociado visitante de Caltech. "Es otra demostración de que el agua está presente en todo el universo, incluso en los primeros tiempos". Bradford lidera uno de los dos equipos internacionales de astrónomos que han descrito sus hallazgos en el quásar en documentos separados que han sido aceptados para su publicación en Astrophysical Journal Letters.
Lea el artículo de Bradford y del equipo aquí.
Un cuásar es impulsado por un enorme agujero negro que consume constantemente un disco de gas y polvo circundante; Mientras come, el cuásar arroja enormes cantidades de energía. Ambos grupos de astrónomos estudiaron un cuásar particular llamado APM 08279 + 5255, que alberga un agujero negro 20 mil millones de veces más masivo que el sol y produce tanta energía como mil billones de soles.
Dado que los astrónomos esperaban que el vapor de agua estuviera presente incluso en el universo temprano, el descubrimiento de agua no es en sí una sorpresa, dice Bradford. Hay vapor de agua en la Vía Láctea, aunque la cantidad total es 4.000 veces menos masiva que en el quásar, ya que la mayor parte del agua de la Vía Láctea está congelada en forma de hielo.
Sin embargo, el vapor de agua es un gas traza importante que revela la naturaleza del cuásar. En este cuásar en particular, el vapor de agua se distribuye alrededor del agujero negro en una región gaseosa que abarca cientos de años luz (un año luz es aproximadamente seis billones de millas), y su presencia indica que el gas es inusualmente cálido y denso por astronómico. normas Aunque el gas es un frío de –53 grados Celsius (–63 grados Fahrenheit) y es 300 trillones de veces menos denso que la atmósfera de la Tierra, todavía es cinco veces más caliente y de 10 a 100 veces más denso de lo que es típico en galaxias como la Vía Láctea.
El vapor de agua es solo uno de los muchos tipos de gas que rodean el cuásar, y su presencia indica que el cuásar está bañando el gas tanto en rayos X como en radiación infrarroja. La interacción entre la radiación y el vapor de agua revela las propiedades del gas y cómo el cuásar influye en él. Por ejemplo, analizar el vapor de agua muestra cómo la radiación calienta el resto del gas. Además, las mediciones del vapor de agua y de otras moléculas, como el monóxido de carbono, sugieren que hay suficiente gas para alimentar el agujero negro hasta que crezca aproximadamente seis veces su tamaño. Los astrónomos dicen que si esto sucederá no está claro, ya que parte del gas puede terminar condensándose en estrellas o puede ser expulsado del cuásar.
El equipo de Bradford hizo sus observaciones a partir de 2008, utilizando un instrumento llamado Z-Spec en el Observatorio Submilimétrico Caltech (CSO), un telescopio de 10 metros cerca de la cumbre de Mauna Kea en Hawai. Z-Spec es un espectrógrafo extremadamente sensible, que requiere temperaturas enfriadas hasta 0.06 grados Celsius por encima del cero absoluto. El instrumento mide la luz en una región del espectro electromagnético llamada banda milimétrica, que se encuentra entre las longitudes de onda infrarroja y de microondas. El descubrimiento del agua por parte de los investigadores fue posible solo porque la cobertura espectral de Z-Spec es 10 veces mayor que la de los espectrómetros anteriores que funcionan en estas longitudes de onda. Los astrónomos realizaron observaciones de seguimiento con el Conjunto Combinado de Investigación en Astronomía de Ondas Milimétricas (CARMA), una serie de antenas de radio en las montañas Inyo del sur de California.
Este descubrimiento destaca los beneficios de observar en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, dicen los astrónomos. El campo se ha desarrollado rápidamente en las últimas dos o tres décadas, y para alcanzar todo el potencial de esta línea de investigación, los astrónomos, incluidos los autores del estudio, ahora están diseñando CCAT, un telescopio de 25 metros que se construirá en el desierto de Atacama. en Chile. CCAT permitirá a los astrónomos descubrir algunas de las primeras galaxias del universo. Al medir la presencia de agua y otros gases traza importantes, los astrónomos pueden estudiar la composición de estas galaxias primordiales.
El segundo grupo, dirigido por Dariusz Lis, investigador asociado senior de física en Caltech y subdirector de la OSC, utilizó el interferómetro Plateau de Bure en los Alpes franceses para encontrar agua. En 2010, el equipo de Lis estaba buscando rastros de fluoruro de hidrógeno en el espectro de APM 08279 + 5255, pero por casualidad detectó una señal en el espectro del cuásar que indicaba la presencia de agua. La señal estaba en una frecuencia correspondiente a la radiación que se emite cuando el agua pasa de un estado de energía más alto a uno más bajo. Si bien el equipo de Lis encontró solo una señal en una sola frecuencia, el amplio ancho de banda de Z-Spec permitió a Bradford y sus colegas descubrir la emisión de agua en muchas frecuencias. Estas múltiples transiciones de agua permitieron al equipo de Bradford determinar las características físicas del gas del cuásar y la masa del agua.
