Miguel Pereira Santaella, Onderzoeksmedewerker bij de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Oxford, bespreekt zijn nieuw gepubliceerde werk en observeert nooit eerder geziene waterovergangen in de ruimte. Hij legt uit hoe de ontdekking wetenschappers zal helpen om grote planetaire vragen te beantwoorden en een nauwkeuriger begrip van het universum op te bouwen.

Van wolken tot rivieren, en gletsjers tot oceanen, water is overal op aarde. Wat minder bekend is, Hoewel, is hoe overvloedig het molecuul in de ruimte is.

Anders dan op aarde, het meeste water in de ruimte neemt de vorm aan van damp of vormt ijsmantels die vastzitten aan interstellaire stofkorrels. Dit komt omdat de extreem lage dichtheid van de interstellaire ruimte - die biljoenen keren lager is dan lucht, voorkomt de vorming van vloeibaar water. de geboorte van sterformaties kan ons vertellen hoe het heelal zich gedraagt. Maar, aangezien de enige manier om ze te bestuderen in zulke stoffige omgevingen is door het infrarood licht, het detecteren van waterovergangen die dit licht kunnen detecteren, van levensbelang is.

Watermoleculen ervaren fluctuerende kwantumenergieniveaus. Deze activiteit stelt ons in staat om ze te observeren en staat bekend als een waterovergang. De term verwijst naar het beste punt voor wetenschappelijke observatie, wat de exacte golflengte is waarop watermoleculen van de ene kwantumtoestand naar de andere gaan, licht uitstralen en daarbij hun zichtbaarheid vergroten.

De meeste van deze overgangen zijn niet erg energetisch, dus ze verschijnen in het verre-infrarood en submillimeterbereik van het elektromagnetische spectrum, met kleine golflengten (variërend van 50 m en 1000 m (1 mm)). Het observeren van deze waterovergangen vanaf de grond is erg moeilijk omdat de dikke damp in de atmosfeer van de aarde de emissie bijna volledig uit het zicht blokkeert.

Verbeteringen in technologie en de ontwikkeling van supertelescopen bieden een steeds grotere toegangspoort tot het heelal, en planetaire inzichten gaan in hoog tempo. We kunnen nu waterovergangen detecteren op manieren die we voorheen niet konden. Ze zijn het best te zien vanaf telescopische observatoria op grote hoogte, op extreem droge plaatsen. Zoals, de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), die is gelegen in de Atacama-woestijn (Chili) op ​​5000 m boven de zeespiegel.

In onze studie gepubliceerd in Astronomie en astrofysica , we hebben ALMA gebruikt en de (670 m) waterovergang in de ruimte gedetecteerd, Voor de eerste keer. De moleculen werden gespot in een nabijgelegen spiraalstelsel (160 miljoen lichtjaar verwijderd) op een punt waar het heelal enorm is uitgebreid, en de atmosfeer is daarom het meest transparant (roodverschoven op 676 m).

De emissie van waterdamp in dit sterrenstelsel vindt zijn oorsprong in de kern, in zijn kern, waar de meeste stervorming plaatsvindt. Om je een idee te geven van hoe enorm dit melkwegstelsel is, de kern bevat een equivalente hoeveelheid water 30 biljoen keer die van de oceanen van de aarde samen, en heeft een diameter van 15 miljoen keer de afstand van de aarde tot de zon.

Dus wat onderscheidt deze waterovergang van andere die in het verleden zijn waargenomen? Uit onze analyse bleek dat deze watermoleculen hun emissiesnelheid verhogen wanneer ze in contact komen met infraroodlichtfotonen. Deze toename van activiteit maakt het voor wetenschappers gemakkelijker om ze te observeren. Watermoleculen worden het meest aangetrokken door fotonen met specifieke golflengten van 79 en 132 m, die, wanneer geabsorbeerd, de contouren van de transitie versterken, waardoor de zichtbaarheid ervan toeneemt. Om deze reden, deze specifieke waterovergang kan ons de intensiteit van het infraroodlicht in de kern van sterrenstelsels laten zien, op ruimtelijke schalen die veel kleiner zijn dan die toegestaan ​​door directe infraroodwaarnemingen.

Infrarood licht wordt geproduceerd tijdens gebeurtenissen zoals de groei van superzware zwarte gaten of extreme uitbarstingen van stervorming. Deze gebeurtenissen vinden meestal plaats in omgevingen met extreem veel stof en waar het optische licht bijna volledig wordt geabsorbeerd door stofkorrels. De energie die door de korrels wordt geabsorbeerd, verhoogt hun temperatuur en ze beginnen warmtestraling uit te zenden in het infrarood.

Het vastleggen van deze gebeurtenissen kan ons veel vertellen over hoe het universum zich gedraagt. Maar, aangezien de enige manier om ze te bestuderen in zulke stoffige omgevingen is door het infrarood licht, het detecteren van waterovergangen die dit infraroodlicht opvangen, is cruciaal.

In de toekomst zijn we van plan om deze waterovergang te observeren in meer sterrenstelsels waar stof al het optische licht blokkeert. Dit zal onthullen wat er zich achter deze stofschermen verbergt en ons helpen te begrijpen hoe sterrenstelsels evolueren uit stervormende spiralen, zoals de Melkweg, naar dode elliptische sterrenstelsels waar geen nieuwe sterren worden gevormd.