Miguel Pereira Santaella, Research Associate vid Oxford University Department of Physics, diskuterar hans nyutgivna verk och observerar aldrig tidigare sett vattenövergångar i rymden. Han bryter ner hur upptäckten kommer att hjälpa forskare att svara på stora planetfrågor och bygga en mer exakt förståelse av universum.

Från moln till floder, och glaciärer till hav, vatten finns överallt på jorden. Vad som är mindre känt, fastän, är hur riklig molekylen är i rymden.

Till skillnad från på jorden, det mesta av vattnet i rymden har antingen form av ånga eller bildar ismantlar som sitter fast vid interstellära dammkorn. Detta beror på att den extremt låga densiteten i interstellärt utrymme - som är biljoner gånger lägre än luft, förhindrar bildandet av flytande vatten. stjärnbildningarnas födelse kan berätta om hur universum beter sig. Men, eftersom det enda sättet att studera dem i sådana dammskymnade miljöer är genom det infraröda ljuset, detektera vattenövergångar som kan detektera detta ljus, är av vital betydelse.

Vattenmolekyler upplever fluktuerande kvantenerginivåer. Denna aktivitet tillåter oss att observera dem och är känd som en vattenövergång. Termen hänvisar till den bästa punkten för vetenskaplig observation, som är den exakta våglängden vid vilken vattenmolekyler går från ett kvanttillstånd till ett annat, avger ljus och ökar deras synlighet när de gör det.

Majoriteten av dessa övergångar är inte särskilt energiska så de förekommer i det långt infraröda och sub-millimeter intervallet i det elektromagnetiska spektrumet, med små våglängder (från 50 μm till 1000 μm (1 mm)). Att observera dessa vattenövergångar från marken är mycket svårt eftersom den tjocka ångan i jordens atmosfär nästan helt blockerar utsläpp från sikten.

Förbättringar i teknik och utveckling av superteleskop erbjuder en ökande inkörsport till universum, och planetariska insikter rör sig i snabb takt. Vi kan nu upptäcka vattenövergångar på sätt som vi bara inte kunde tidigare. De ses bäst från teleskopiska observatorier som ligger på hög höjd, på extremt torra platser. Till exempel, Atacama Large Millimeter Array (ALMA), som ligger i Atacama -öknen (Chile) på 5000 m över havet.

I vår studie publicerad i Astronomi och astrofysik , vi använde ALMA och upptäckte (670 μm) vattenövergången i rymden, för första gången. Molekylerna upptäcktes i en närliggande spiralgalax (160 miljoner ljusår bort) vid en punkt där universum expanderas kraftigt, och atmosfären är därför som mest transparent (rödförskjuten vid 676 μm).

Utsöndringen av vattenånga i denna galax har sitt ursprung, i dess kärna, där mest stjärnbildning äger rum. För att ge dig en uppfattning om hur enorm denna galax är, kärnan innehåller en ekvivalent mängd vatten 30 biljoner gånger den från jordens hav tillsammans, och har en diameter 15 miljoner gånger avståndet från jorden till solen.

Så vad skiljer denna vattenövergång från andra som observerats tidigare? Vår analys avslöjade att dessa vattenmolekyler intensifierar deras utsläppshastighet när de kommer i kontakt med infraröda ljusfotoner. Denna ökade aktivitet gör det lättare för forskare att observera dem. Vattenmolekyler lockas mest av fotoner med specifika våglängder på 79 och 132 μm, som, när den absorberas, stärka övergångens kontur, vilket ökar dess synlighet. Av denna anledning, denna specifika vattenövergång har förmågan att visa oss det infraröda ljusets intensitet i galaxernas kärna, vid rumsliga skalor mycket mindre än de som tillåts av direkta infraröda observationer.

Infrarött ljus produceras under händelser som tillväxt av supermassiva svarta hål eller extrema utbrott av stjärnbildning. Dessa händelser inträffar vanligtvis i extremt dammskymnade miljöer där det optiska ljuset nästan helt absorberas av dammkorn. Energin som absorberas av kornen ökar deras temperatur och de börjar avge termisk strålning i infrarött.

Att fånga dessa händelser kan berätta mycket om hur universum beter sig. Men, eftersom det enda sättet att studera dem i sådana dammskymnade miljöer är genom det infraröda ljuset, detektera vattenövergångar som fångar detta infraröda ljus, är livsviktigt.

Framåt planerar vi att observera denna vattenövergång i fler galaxer där damm blockerar allt optiskt ljus. Detta kommer att avslöja vad som gömmer sig bakom dessa dammskärmar och hjälpa oss att förstå hur galaxer utvecklas från stjärnbildande spiraler, som Vintergatan, till döda elliptiska galaxer där inga nya stjärnor bildas.