Dari Siaran Pers Caltech:
Air benar-benar ada di mana-mana. Melihat dari jarak 30 miliar triliun mil jauhnya ke dalam quasar — salah satu objek paling terang dan paling kejam di kosmos — para peneliti telah menemukan massa uap air yang setidaknya 140 triliun kali lipat dari semua air di lautan dunia. dikombinasikan, dan 100.000 kali lebih besar dari matahari.
Karena quasar begitu jauh, cahayanya membutuhkan waktu 12 miliar tahun untuk mencapai Bumi. Pengamatan karena itu mengungkapkan waktu ketika alam semesta baru berusia 1,6 miliar tahun. "Lingkungan di sekitar quasar ini unik karena menghasilkan banyak air," kata Matt Bradford, seorang ilmuwan di Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, dan rekan tamu di Caltech. "Ini adalah demonstrasi lain bahwa air meresap ke seluruh alam semesta, bahkan pada saat-saat paling awal." Bradford memimpin salah satu dari dua tim astronom internasional yang telah menggambarkan temuan quasar mereka dalam makalah terpisah yang telah diterima untuk dipublikasikan dalam Astrophysical Journal Letters.
Baca Bradford & makalah tim di sini.
Sebuah quasar ditenagai oleh lubang hitam besar yang terus memakan cakram gas dan debu di sekitarnya; saat makan, quasar mengeluarkan energi dalam jumlah besar. Kedua kelompok astronom mempelajari quasar tertentu yang disebut APM 08279 + 5255, yang memiliki lubang hitam 20 miliar kali lebih masif daripada matahari dan menghasilkan energi sebanyak seribu triliun matahari.
Karena para astronom memperkirakan uap air akan hadir bahkan di alam semesta awal, penemuan air itu sendiri tidak mengejutkan, kata Bradford. Ada uap air di Bima Sakti, meskipun jumlah totalnya 4.000 kali lebih kecil daripada di quasar, karena sebagian besar air Bima Sakti dibekukan dalam bentuk es.
Namun demikian, uap air adalah gas jejak penting yang mengungkapkan sifat quasar. Dalam quasar khusus ini, uap air didistribusikan di sekitar lubang hitam di wilayah gas yang mencakup ratusan tahun cahaya (tahun cahaya sekitar enam triliun mil), dan keberadaannya menunjukkan bahwa gas itu luar biasa hangat dan padat oleh astronomi standar. Meskipun gasnya dingin -53 derajat Celcius (-63 derajat Fahrenheit) dan 300 triliun kali lebih padat dari atmosfer Bumi, masih lima kali lebih panas dan 10 hingga 100 kali lebih padat daripada apa yang khas di galaksi seperti Bima Sakti.
Uap air hanyalah salah satu dari banyak jenis gas yang mengelilingi quasar, dan keberadaannya menunjukkan bahwa quasar memandikan gas dalam sinar-X dan radiasi inframerah. Interaksi antara radiasi dan uap air mengungkapkan sifat gas dan bagaimana quasar memengaruhinya. Misalnya, menganalisis uap air menunjukkan bagaimana radiasi memanaskan sisa gas. Selain itu, pengukuran uap air dan molekul lain, seperti karbon monoksida, menunjukkan bahwa ada cukup gas untuk memberi makan lubang hitam sampai tumbuh sekitar enam kali ukurannya. Apakah ini akan terjadi tidak jelas, kata para astronom, karena beberapa gas mungkin berakhir menjadi kondensasi bintang-bintang atau mungkin dikeluarkan dari quasar.
Tim Bradford melakukan pengamatan mereka mulai tahun 2008, menggunakan instrumen yang disebut Z-Spec di Caltech Submillimeter Observatory (CSO), sebuah teleskop 10 meter di dekat puncak Mauna Kea di Hawaii. Z-Spec adalah spektograf yang sangat sensitif, membutuhkan suhu yang didinginkan hingga 0,06 derajat Celcius di atas nol mutlak. Instrumen ini mengukur cahaya di wilayah spektrum elektromagnetik yang disebut band milimeter, yang terletak antara panjang gelombang inframerah dan gelombang mikro. Penemuan air oleh para peneliti itu dimungkinkan hanya karena cakupan spektral Z-Spec adalah 10 kali lebih besar daripada spektrometer sebelumnya yang beroperasi pada panjang gelombang ini. Para astronom melakukan pengamatan lanjutan dengan Combined Array for Research in Millimeter-Wave Astronomy (CARMA), sebuah array antena radio di Pegunungan Inyo, California Selatan.
Penemuan ini menyoroti manfaat dari mengamati dalam panjang gelombang milimeter dan submillimeter, kata para astronom. Lapangan telah berkembang pesat selama dua hingga tiga dekade terakhir, dan untuk mencapai potensi penuh dari jalur penelitian ini, para astronom — termasuk para penulis penelitian — kini merancang CCAT, sebuah teleskop 25 meter yang akan dibangun di Gurun Atacama di Chile. CCAT akan memungkinkan para astronom menemukan beberapa galaksi paling awal di alam semesta. Dengan mengukur keberadaan air dan gas-gas jejak penting lainnya, para astronom dapat mempelajari komposisi galaksi-galaksi purba ini.
Kelompok kedua, dipimpin oleh Dariusz Lis, rekan peneliti senior dalam fisika di Caltech dan wakil direktur CSO, menggunakan Plateau de Bure Interferometer di Pegunungan Alpen Prancis untuk menemukan air. Pada 2010, tim Lis sedang mencari jejak hidrogen fluorida dalam spektrum APM 08279 + 5255, tetapi secara kebetulan mendeteksi sinyal dalam spektrum quasar yang mengindikasikan adanya air. Sinyal berada pada frekuensi yang sesuai dengan radiasi yang dipancarkan ketika air transisi dari keadaan energi yang lebih tinggi ke yang lebih rendah. Sementara tim Lis menemukan hanya satu sinyal pada frekuensi tunggal, lebar pita lebar Z-Spec memungkinkan Bradford dan rekan-rekannya menemukan emisi air pada banyak frekuensi. Transisi banyak air ini memungkinkan tim Bradford untuk menentukan karakteristik fisik gas quasar dan massa air.
