من بيان صحفي Caltech:
الماء حقًا في كل مكان. بالنظر من مسافة 30 مليار تريليون ميل إلى الكوازار - أحد أكثر الأجسام سطوعًا وعنفًا في الكون - وجد الباحثون كتلة بخار ماء لا تقل عن 140 تريليون مرة من كل مياه محيطات العالم. مجتمعة ، وأضخم بكثير من الشمس.
لأن الكوازار بعيد جدًا ، فقد استغرق ضوءه 12 مليار سنة للوصول إلى الأرض. لذلك تكشف الملاحظات عن وقت كان فيه عمر الكون 1.6 مليار سنة فقط. يقول مات برادفورد ، عالم في مختبر الدفع النفاث (JPL) التابع لوكالة ناسا ، وزميل زائر في كالتيك: "إن البيئة المحيطة بهذا الكوازار فريدة من نوعها من حيث أنها تنتج هذه الكتلة الضخمة من الماء". "إنه دليل آخر على أن الماء منتشر في جميع أنحاء الكون ، حتى في أقرب وقت." يقود برادفورد أحد فريقين دوليين من علماء الفلك الذين وصفوا نتائجهم الكوازارية في أوراق منفصلة تم قبولها للنشر في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
اقرأ ورقة برادفورد وفريق العمل هنا.
يتم تشغيل الكوازار من خلال ثقب أسود هائل يستهلك باستمرار قرصًا محيطيًا من الغاز والغبار ؛ بينما يأكل ، ينفخ الكوازار كميات هائلة من الطاقة. قامت كلتا المجموعتين من علماء الفلك بدراسة كوازار معين يسمى APM 08279 + 5255 ، والذي يحوي ثقبًا أسود أكبر بـ 20 مليار مرة من الشمس وينتج طاقة أكبر من ألف تريليون شمس.
وبما أن الفلكيين توقعوا وجود بخار الماء حتى في بدايات الكون ، فإن اكتشاف الماء ليس مفاجئًا بحد ذاته ، كما يقول برادفورد. هناك بخار ماء في درب التبانة ، على الرغم من أن الكمية الإجمالية أقل بـ 4000 مرة من الكتلة الموجودة في الكوازار ، حيث يتم تجميد معظم مياه درب التبانة على شكل ثلج.
ومع ذلك ، يعد بخار الماء غازًا هامًا مهمًا يكشف طبيعة الكوازار. في هذا الكوازار بالذات ، يتم توزيع بخار الماء حول الثقب الأسود في منطقة غازية تمتد على مدى مئات السنين الضوئية (السنة الضوئية حوالي ستة تريليونات ميل) ، ويشير وجودها إلى أن الغاز دافئ بشكل غير عادي وكثيف بواسطة الفلكي المعايير. على الرغم من أن الغاز بارد بدرجة حرارة -53 درجة مئوية (-63 درجة فهرنهايت) وأقل كثافة بـ 300 تريليون مرة من الغلاف الجوي للأرض ، إلا أنه لا يزال أكثر حرارة بخمس مرات وأكثر كثافة بـ 10 إلى 100 مرة مما هو معتاد في المجرات مثل درب التبانة.
بخار الماء هو مجرد واحد من العديد من أنواع الغاز التي تحيط بالكوازار ، ويشير وجوده إلى أن الكوازار يغسل الغاز في كل من الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء. يكشف التفاعل بين الإشعاع وبخار الماء عن خصائص الغاز وكيف يؤثر الكوازار عليه. على سبيل المثال ، يُظهر تحليل بخار الماء كيف يسخن الإشعاع باقي الغاز. علاوة على ذلك ، تشير قياسات بخار الماء والجزيئات الأخرى ، مثل أول أكسيد الكربون ، إلى وجود ما يكفي من الغاز لتغذية الثقب الأسود حتى ينمو إلى حوالي ستة أضعاف حجمه. ويقول علماء الفلك إن ما إذا كان هذا سيحدث ، فليس من الواضح أن بعض الغاز قد ينتهي به الأمر إلى التكثف في النجوم أو طرده من الكوازار.
قام فريق برادفورد بملاحظاته بدءًا من عام 2008 ، باستخدام أداة تسمى Z-Spec في مرصد Caltech Subsillimeter Observatory (CSO) ، وهو تلسكوب طوله 10 أمتار بالقرب من قمة ماونا كيا في هاواي. Z-Spec هو مطياف حساس للغاية ، يتطلب درجات حرارة مبردة في حدود 0.06 درجة مئوية فوق الصفر المطلق. يقيس الجهاز الضوء في منطقة من الطيف الكهرومغناطيسي يسمى النطاق المليمتر ، والذي يقع بين أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء والميكروويف. كان اكتشاف الباحثين للمياه ممكنًا فقط لأن التغطية الطيفية لـ Z-Spec أكبر بعشر مرات من تلك التي توفرها أجهزة قياس الطيف السابقة التي تعمل على هذه الأطوال الموجية. قام الفلكيون بملاحظات متابعة مع المصفوفة المشتركة للبحث في علم الفلك الموجي المليميتر (CARMA) ، وهي مجموعة من الأطباق الراديوية في جبال إنيو في جنوب كاليفورنيا.
يقول علماء الفلك إن هذا الاكتشاف يسلط الضوء على فوائد المراقبة في الأطوال الموجية المليمترية والمليمترية. تطور المجال بسرعة على مدى العقدين أو الثلاثة عقود الماضية ، وللوصول إلى الإمكانات الكاملة لهذا الخط من البحث ، يقوم الفلكيون - بمن فيهم مؤلفو الدراسة - بتصميم CCAT ، وهو تلسكوب يبلغ طوله 25 مترًا سيتم بناؤه في صحراء أتاكاما في شيلي. سيسمح CCAT لعلماء الفلك باكتشاف بعض المجرات الأولى في الكون. من خلال قياس وجود الماء والغازات النزرة المهمة الأخرى ، يمكن لعلماء الفلك دراسة تكوين هذه المجرات البدائية.
المجموعة الثانية ، بقيادة داريوس ليز ، كبير الباحثين الباحثين في الفيزياء في Caltech ونائب مدير منظمة المجتمع المدني ، استخدمت Plateau de Bure Interferometer في جبال الألب الفرنسية للعثور على الماء. في عام 2010 ، كان فريق ليز يبحث عن آثار فلوريد الهيدروجين في طيف APM 08279 + 5255 ، لكنه اكتشف صدفة إشارة في طيف الكوازار تشير إلى وجود الماء. كانت الإشارة عند تردد مناظر للإشعاع المنبعث عندما ينتقل الماء من حالة طاقة أعلى إلى حالة أقل. بينما وجد فريق Lis إشارة واحدة فقط عند تردد واحد ، فإن النطاق الترددي الواسع لـ Z-Spec مكن برادفورد وزملائه من اكتشاف انبعاث المياه في العديد من الترددات. سمحت هذه التحولات المتعددة في المياه لفريق برادفورد بتحديد الخصائص الفيزيائية لغاز الكوازار وكتلة الماء.
