Dwóm grupom astronomów pod przewodnictwem naukowców z California Institue of Technology (Caltech), udało się odkryć największą i najodleglejszą rezerwę wodną znalezioną jak dotąd w całym wszechświecie. Patrząc z odległości 30 miliardów trylionów mil na kwazar - jeden z najjaśniejszych i najbardziej drapieżnych obiektów w kosmosie, naukowcy odkryli masę pary wodnej, której jest co najmniej 140 trylionów razy tyle, co we wszystkich oceanach na Ziemi połączonych ze sobą. Co więcej owy kwazar jest 100 000 razy bardziej masywny niż nasze Słońce.

Odległość do kwazara jest tak duża, że światło potrzebuje 12 mld lat, aby dotrzeć do Ziemi. Obserwacje więc pozwalają na oglądanie kwazara w czasie, kiedy wszechświat miał 1,6 mid lat. "Środowisko wokół kwazara jest wyjątkowe, a to ze względu na mase wodne, które on produkuje." - mówi Matt Bradford, naukowiec z NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) i współpracujący z Caltech. "To kolejny dowód na to, że woda obecna jest w całym wszechświecie, nawet w bardzo dawnych czasach." Bradford prowadzi jeden z dwóch międzynarodowych zespołów astronomów, opisujących swoje badania dotyczące kwazara w dwóch osobnych publikacjach, które zostały zaakceptowane przez Astrophysical Journal Letters.

Siłą napędową kwazara jest ogromna czarna dziura, która stale pochłania otaczający dysk gazu i pyłu. Pochłaniając to wszystko, powoduje, że kwazar wyrzuca ogromne ilości energii. Obie grupy astronomów badały szczegółowo kwazar APM 08279+5255, który posiada czarną dziurę 20 mld razy bardziej masywną niż Słońce i produkującą tyle energii co tysiąc trylionów Słońc.

Naukowcy od dawna oczekiwali odkrycia wody we wczesnym wszechświecie. Dlatego to odkrycie nie jest niespodzianką, jak uważa Bradford. Nawet w Drodze Mlecznej są pokłady wody, jednak łączna ich ilość jest 4000 razy mniejsza niż w kwazarze. Poza tym większość wody w Drodze Mlecznej jest w postaci lodu.

Niemniej jednak para wodna jest bardzo istotnym sygnałem, ujawniającym charakter kwazara. W tym szczególnym kwazarze, para wodna rozprowadzana jest w gazowym regionie obejmującym setki lat świetlnych, a obecność pary sugeruje, że gaz jest bardzo ciepły i gęsty jak na standardy astronomiczne. Mimo tego że temperatura gazu wynosi -53 stopnie Celsjusza i że jest o 300 razy mniej gęsty niż w naszej ziemskiej atmosferze, wciąż jest pięć razy gorętszy i od 10 do 100 razy gęstszy niż w typowych galaktykach, takich jak Droga Mleczna.

Para wodna jest jednym z wielu rodzajów gazów otaczających ten kwazar, a to oznacza że "kąpie się" on w promieniowaniu X i podczerwonym. Interakcja pomiędzy promieniowaniem, a parą wodną ujawnia właściwości gazu, a także jak to wpływa na kwazar. Na przykład analizując parę wodną, można odkryć, jak promieniowanie ogrzewa resztę gazu. Ponadto, pomiary pary wodnej i innych cząsteczek, takich jak tlenek węgla, sugerują, ze jest wystarczająco dużo gazu do zasilania czarnej dziury do momentu, aż będzie sześć razy większa. Czy tak się stanie, nie jest jasne. Astronomowie twierdzą, że część gazu może się skończyć kondensować w kwazarze, lub mogą być wyrzucane z kwazara.

Grupa Bradford'a rozpoczęła swoje obserwacje w 2008 roku, używając narzędzia zwanego Z-Spec, znajdującego się w Caltech Submillimeter Observatory(CSO). Mowa o 10-metrowym teleskopie umieszczonym blisko szczytu Manua Kea na Hawajach. Z-Spec to niesamowicie czuły spektrograf, wymagający do pracy temperatury schłodzonej do 0,06 stopni Celsjusza powyżej zera absolutnego. Urządzenie mierzy światło w zakresie widma elektromagnetycznego, zwanego millimeter band, znajdującego się pomiędzy podczerwienią, a mikrofalami. Wodne odkrycie naukowców było możliwe dzięki temu, że zakres widmowy Z-Spec jest 10 razy większy niż innych spektrografów działających na tych długościach fal. Astronomowie kontynuowali badania przy użyciu Combined Array for Research in Millimeter-Wave Astronomy (CARMA) i sieci radioteleskopów znajdujących się w Inyo Mountains w południowej Kalifornii.

To odkrycie wskazuje na korzyści jakie płyną z tego typu obserwacji. Zakres badań tego typu dynamicznie rozwijał się w ciągu ostatnich dwóch, trzech lat. Jednak do pełnego potencjału potrzebne jest inne narzędzie, które jest właśnie projektowane. Mowa o CCAT, czyli 25 metrowym teleskopie, który docelowo ma zostać wybudowany na pustyni Atacama w Chile. CCAT pozwoli naukowcom odkryć niektóre z pierwszych galaktyk we wszechświecie. Badając obecność wody i innych śladowych gazów, naukowcy będą mogli zbadać skład owych pierwszych galaktyk.

Druga grupa astronomów, kierowana przez Dariusza Lisa, starszego pracownika naukowego w dziedzinie fizyki w Caltech i zastępcy dyrektora CSO, używała Plateau de Bure Interferometer położonego we francuskich Alpach. W 2010 grupa Lisa szukała śladów fluowodoru w spektrum APM 08279+5255, jednak nieoczekiwanie wykryli sygnał w widmie kwazara, który wskazywał na istnienie wody. Sygnał ten miał częstotliwość odpowiadającą promieniowaniu emitowanemu podczas przejścia wody z wyższego stanu energetycznego w stan niższy. Podczas gdy grupa Lisa odnalazła jeden sygnał na tej częstotliwości, grupa Bradforda przy pomocy Z-Spec odkryła podobne sygnały na wielu czestotliwościach. Te wielokrotne sygnały przejścia wody pozwoliły zespołowi Bradforda określić cechy fizyczne gazów kwazara, a także mas wody.