De um comunicado de imprensa da Caltech:
A água realmente está em toda parte. Olhando de uma distância de 30 bilhões de trilhões de quilômetros para um quasar - um dos objetos mais brilhantes e violentos do cosmos - os pesquisadores descobriram uma massa de vapor d'água que é pelo menos 140 trilhões de vezes a de toda a água nos oceanos do mundo combinados e 100.000 vezes mais massivos que o sol.
Como o quasar está tão distante, sua luz levou 12 bilhões de anos para chegar à Terra. As observações, portanto, revelam uma época em que o universo tinha apenas 1,6 bilhão de anos. "O ambiente em torno deste quasar é único, pois está produzindo essa enorme massa de água", diz Matt Bradford, cientista do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA e associado visitante da Caltech. "É outra demonstração de que a água é difundida em todo o universo, mesmo nos primeiros tempos". Bradford lidera uma das duas equipes internacionais de astrônomos que descreveram suas descobertas no quasar em artigos separados que foram aceitos para publicação no Astrophysical Journal Letters.
Leia o artigo de Bradford & team aqui.
Um quasar é alimentado por um enorme buraco negro que consome constantemente um disco circundante de gás e poeira; enquanto come, o quasar libera enormes quantidades de energia. Ambos os grupos de astrônomos estudaram um quasar específico chamado APM 08279 + 5255, que abriga um buraco negro 20 bilhões de vezes mais massivo que o sol e produz tanta energia quanto mil trilhões de sóis.
Como os astrônomos esperavam que o vapor de água estivesse presente mesmo no universo primitivo, a descoberta de água não é uma surpresa, diz Bradford. Há vapor de água na Via Láctea, embora a quantidade total seja 4.000 vezes menos massiva do que no quasar, já que a maior parte da água da Via Láctea é congelada na forma de gelo.
No entanto, o vapor de água é um importante gás traço que revela a natureza do quasar. Nesse quasar em particular, o vapor d'água é distribuído ao redor do buraco negro em uma região gasosa que abrange centenas de anos-luz (um ano-luz é de cerca de seis trilhões de quilômetros), e sua presença indica que o gás é incomumente quente e denso pela astronomia. padrões. Embora o gás esteja frio - 53 graus Celsius (- 63 graus Fahrenheit) e seja 300 trilhões de vezes menos denso que a atmosfera da Terra, ainda é cinco vezes mais quente e 10 a 100 vezes mais denso do que é típico em galáxias como a Via Láctea.
O vapor d'água é apenas um dos muitos tipos de gás que circundam o quasar, e sua presença indica que o quasar está banhando o gás em raios-X e radiação infravermelha. A interação entre a radiação e o vapor de água revela propriedades do gás e como o quasar o influencia. Por exemplo, a análise do vapor de água mostra como a radiação aquece o restante do gás. Além disso, as medições do vapor de água e de outras moléculas, como o monóxido de carbono, sugerem que há gás suficiente para alimentar o buraco negro até que ele cresça cerca de seis vezes o seu tamanho. Se isso acontecer não está claro, dizem os astrônomos, já que parte do gás pode acabar se condensando em estrelas ou ser expelida do quasar.
A equipe de Bradford fez suas observações a partir de 2008, usando um instrumento chamado Z-Spec no Observatório Caltech Submillimeter (CSO), um telescópio de 10 metros perto do cume de Mauna Kea, no Havaí. O Z-Spec é um espectrógrafo extremamente sensível, que requer temperaturas resfriadas até 0,06 graus Celsius acima do zero absoluto. O instrumento mede a luz em uma região do espectro eletromagnético chamada banda milimétrica, que fica entre os comprimentos de onda do infravermelho e do microondas. A descoberta de água pelos pesquisadores foi possível apenas porque a cobertura espectral do Z-Spec é 10 vezes maior do que a dos espectrômetros anteriores que operam nesses comprimentos de onda. Os astrônomos fizeram observações de acompanhamento com a Matriz Combinada de Pesquisa em Astronomia de Ondas Milimétricas (CARMA), uma série de antenas de rádio nas montanhas Inyo, no sul da Califórnia.
Essa descoberta destaca os benefícios de observar comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos, dizem os astrônomos. O campo se desenvolveu rapidamente nas últimas duas a três décadas e, para alcançar todo o potencial dessa linha de pesquisa, os astrônomos - incluindo os autores do estudo - agora estão projetando o CCAT, um telescópio de 25 metros a ser construído no deserto de Atacama. No Chile. O CCAT permitirá que os astrônomos descubram algumas das primeiras galáxias do universo. Medindo a presença de água e outros gases traços importantes, os astrônomos podem estudar a composição dessas galáxias primordiais.
O segundo grupo, liderado por Dariusz Lis, pesquisador sênior associado em física da Caltech e vice-diretor da OSC, usou o interferômetro Plateau de Bure, nos Alpes franceses, para encontrar água. Em 2010, a equipe de Lis procurava traços de fluoreto de hidrogênio no espectro de APM 08279 + 5255, mas detectou acidentalmente um sinal no espectro do quasar que indicava a presença de água. O sinal estava em uma frequência correspondente à radiação emitida quando a água passa de um estado de energia mais alto para um mais baixo. Enquanto a equipe de Lis encontrou apenas um sinal em uma única frequência, a ampla largura de banda do Z-Spec permitiu que Bradford e seus colegas descobrissem a emissão de água em muitas frequências. Essas múltiplas transições de água permitiram à equipe de Bradford determinar as características físicas do gás do quasar e a massa da água.
