จากข่าวประชาสัมพันธ์ของ Caltech:
น้ำมีอยู่จริงทุกที่ เมื่อมองจากระยะไกลถึง 30 พันล้านล้านล้านไมล์สู่ควาซาร์หนึ่งในวัตถุที่สว่างและรุนแรงที่สุดในจักรวาลนักวิจัยได้พบไอน้ำจำนวนมากที่อย่างน้อย 140 ล้านล้านเท่าของน้ำทั้งหมดในมหาสมุทรของโลก รวมกันและมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 100,000 เท่า
เนื่องจากควาซาร์อยู่ไกลมากแสงของมันใช้เวลา 12 พันล้านปีในการเข้าถึงโลก การสำรวจจึงเปิดเผยช่วงเวลาที่เอกภพมีอายุเพียง 1.6 พันล้านปีเท่านั้น “ สภาพแวดล้อมรอบควาซาร์นี้มีลักษณะเฉพาะในการผลิตน้ำขนาดใหญ่นี้” แมตต์แบรดฟอร์ดนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory (JPL) ของนาซ่าและเพื่อนร่วมงานที่คาลเทคกล่าว “ เป็นการสาธิตอีกว่าน้ำแพร่กระจายไปทั่วทั้งจักรวาลแม้ในช่วงแรกสุด” แบรดฟอร์ดนำทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติหนึ่งในสองแห่งที่ได้อธิบายการค้นพบควาซาร์ของพวกเขาในเอกสารแยกต่างหากที่ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ใน Astrophysical Journal Letters
อ่านเอกสารของแบรดฟอร์ดและทีมได้ที่นี่
ควาซาร์นั้นถูกขับเคลื่อนโดยหลุมดำขนาดมหึมาที่ใช้ดิสก์ก๊าซและฝุ่นโดยรอบอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่กิน Quasar จะพ่นพลังงานออกมาจำนวนมาก นักดาราศาสตร์ทั้งสองกลุ่มศึกษาควาซาร์หนึ่งเรียกว่า APM 08279 + 5255 ซึ่งมีหลุมดำขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 20 พันล้านเท่าและสร้างพลังงานได้มากเท่ากับดวงอาทิตย์พันล้านดวง
เนื่องจากนักดาราศาสตร์คาดว่าจะมีไอน้ำปรากฎแม้ในเอกภพยุคแรก ๆ การค้นพบน้ำไม่น่าแปลกใจเลย Bradford กล่าว มีไอน้ำในทางช้างเผือกแม้ว่าจำนวนทั้งหมดจะน้อยกว่าในควาซาร์ถึง 4,000 เท่าเนื่องจากน้ำทางช้างเผือกส่วนใหญ่จะถูกแช่แข็งในรูปของน้ำแข็ง
อย่างไรก็ตามไอน้ำเป็นก๊าซติดตามที่สำคัญซึ่งเผยให้เห็นธรรมชาติของควาซาร์ ในควาซาร์นี้โดยเฉพาะไอน้ำถูกกระจายไปรอบ ๆ หลุมดำในภูมิภาคก๊าซซึ่งประกอบไปด้วยแสงหลายร้อยปี (ปีแสงประมาณหกล้านล้านไมล์) และสถานะที่บ่งบอกว่าก๊าซนั้นอบอุ่นและหนาแน่นโดยดาราศาสตร์ มาตรฐาน แม้ว่าก๊าซจะเย็นยะเยือก -53 องศาเซลเซียส (–63 องศาฟาเรนไฮต์) และมีความหนาแน่นน้อยกว่า 300 ล้านล้านเท่าของชั้นบรรยากาศโลก แต่ก็ยังร้อนกว่าห้าเท่าและหนาแน่นกว่า 10 ถึง 100 เท่ามากกว่ากาแลคซีทางช้างเผือก
ไอน้ำเป็นเพียงหนึ่งในก๊าซหลายชนิดที่ล้อมรอบควาซาร์และการมีอยู่ของมันบ่งบอกว่าควาซาร์นั้นอาบน้ำทั้งรังสีเอกซ์และรังสีอินฟราเรด การทำงานร่วมกันระหว่างรังสีและไอน้ำจะแสดงคุณสมบัติของก๊าซและวิธีที่ควาซาร์มีผลต่อมัน ตัวอย่างเช่นการวิเคราะห์ไอน้ำแสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีความร้อนส่วนที่เหลือของก๊าซ ยิ่งไปกว่านั้นการตรวจวัดไอน้ำและโมเลกุลอื่น ๆ เช่นคาร์บอนมอนอกไซด์แนะนำว่ามีก๊าซมากพอที่จะป้อนหลุมดำจนกว่ามันจะโตถึงประมาณหกเท่าของขนาด ไม่ว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นไม่ชัดเจนนักดาราศาสตร์กล่าวว่าเนื่องจากแก๊สบางชนิดอาจมีการควบแน่นเป็นดาวหรืออาจถูกขับออกจากควาซาร์
ทีมของแบรดฟอร์ดทำการสังเกตการณ์ของพวกเขาเริ่มต้นในปี 2008 โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Z-Spec ที่หอดูดาว Caltech Submillimeter (CSO) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาด 10 เมตรใกล้ยอดภูเขาไฟ Mauna Kea ในฮาวาย Z-Spec เป็นสเปคโตรกราฟที่มีความไวสูงมากต้องการอุณหภูมิที่เย็นลงถึงภายใน 0.06 องศาเซลเซียสเหนือศูนย์สัมบูรณ์ เครื่องมือวัดแสงในพื้นที่ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าแถบมิลลิเมตรซึ่งอยู่ระหว่างความยาวคลื่นอินฟราเรดและไมโครเวฟ การค้นพบน้ำของนักวิจัยเป็นไปได้เพียงเพราะความครอบคลุมสเปกตรัมของ Z-Spec มีขนาดใหญ่กว่าสเปคโตรเตอร์ก่อนหน้านี้ 10 เท่าที่ทำงานที่ความยาวคลื่นเหล่านี้ นักดาราศาสตร์ทำการสำรวจติดตามด้วย Combined Array เพื่อการวิจัยในดาราศาสตร์ Millimeter-Wave (CARMA) อาร์เรย์ของจานวิทยุในเทือกเขาอินโยทางตอนใต้ของรัฐแคลิฟอร์เนีย
การค้นพบนี้เน้นประโยชน์ของการสำรวจในช่วงความยาวคลื่นมิลลิเมตรและซับมิลมิเตอร์นักดาราศาสตร์กล่าว สนามได้พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงสองถึงสามทศวรรษที่ผ่านมาและเพื่อให้มีศักยภาพเต็มรูปแบบของงานวิจัยนี้นักดาราศาสตร์รวมถึงผู้เขียนการศึกษากำลังออกแบบ CCAT ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาด 25 เมตรที่สร้างขึ้นในทะเลทรายอาตากามา ในชิลี CCAT จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ค้นพบกาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาองค์ประกอบของกาแลคซีแห่งแรกได้โดยการวัดการมีน้ำและก๊าซติดตามที่สำคัญอื่น ๆ
กลุ่มที่สองนำโดย Dariusz Lis ผู้ร่วมงานวิจัยอาวุโสด้านฟิสิกส์ที่ Caltech และรองผู้อำนวยการ CSO ใช้ Plateau de Bure Interferometer ใน French Alps เพื่อค้นหาน้ำ ในปี 2010 ทีมของ Lis กำลังมองหาร่องรอยของไฮโดรเจนฟลูออไรด์ในสเปกตรัมของ APM 08279 + 5255 แต่ตรวจพบสัญญาณในสเปกตรัมสเปกตรัมของควาซาร์ที่แสดงการปรากฏตัวของน้ำอย่างบังเอิญ สัญญาณอยู่ที่ความถี่ที่สอดคล้องกับรังสีที่ถูกปล่อยออกมาเมื่อน้ำเปลี่ยนจากสถานะพลังงานที่สูงขึ้นไปเป็นสัญญาณที่ต่ำกว่า ในขณะที่ทีมของ Lis พบสัญญาณเดียวที่ความถี่เดียวแบนด์วิดธ์กว้างของ Z-Spec ทำให้แบรดฟอร์ดและเพื่อนร่วมงานของเขาค้นพบการปล่อยน้ำได้หลายความถี่ การเปลี่ยนถ่ายน้ำหลายครั้งทำให้ทีมของแบรดฟอร์ดสามารถตรวจสอบลักษณะทางกายภาพของแก๊สควาซาร์และมวลของน้ำ