环状气体云中含有大量的各种星际气体
【看中国2013年12月10日讯】近日，由美国加州理工学院牵头的两个天文学家小组发现了一个宇宙中惊人的区域，在距离地球120亿光年的宇宙深处发现了一个有史以来探测到的最大最远的关于水的踪迹，科学家将其称为“巨型海洋”，其存在于一个类星体中，而类星体则是宇宙中最亮最猛烈的一种天体。天文学家探测到这个“巨型海洋”由水蒸气构成，总体含量相当于地球上海洋含水量的140兆倍，质量相当于太阳质量的10万倍。这证明了一个事实：水在宇宙中真的是无处不在。
据美国宇航局喷气推进实验室科学家马特布拉德福德介绍：由于这颗被探测到的类星体距离地球极为遥远，其发出的光花了120亿年才到达地球，也就是说，这个图像是宇宙诞生后16亿年左右就已经发生了，这同样也说明了，由于这颗独特的类星体周围出现大量的水蒸气看出，在早期宇宙中就已经存在水，而且可以推理出，水在整个宇宙中应该是无处不在。由马特布拉德福德牵头的其中一个研究小组将这个类星体的发现拟成论文《发现水蒸汽位于高红移类星体》，已经发表在《天体物理学》期刊上，并得到巴黎天文台和法国国家科学研究中心、法国毫米波射电天文研究所支持。
APM 08279+5255类星体艺术效果图
上图显示了艺术家笔下的类星体，或者说一个正在进食的黑洞，类似于APM 08279+5255，天文学家在其中发现了大量的水蒸气，气体和尘埃可能形成一个环状的结构围绕着黑洞，在往外则是带电气体云包裹着。X射线猛烈地穿过环的中央，向宇宙空间喷射，整个环面尘埃带发出极强的红外辐射。
类星体的能量一般由其内部的一个巨型黑洞控制，黑洞在吞噬周围的气体和尘埃盘的同时，也释放出强大的能量。两组天文学家都观测到了APM 08279+5255类星体出现这种现象，其内部隐藏的巨型黑洞质量达到太阳质量的200亿倍，产生的能量相当于1000兆个太阳。
自天文学家预测水蒸气会存在于早期宇宙，所以这个关于水蒸气的发现并不是一个特别大的惊喜。这个银河系中的水蒸气含量比这颗类星体要多4000倍，但是银河系中的水蒸气都是以冰的形式存在。不过，水蒸气是一个重要的微量气体，揭示了类星体的性质。在这个类星体中，水蒸气分布在黑洞的周围，形成气体结构横跨了数百光年。但是以天文学的标准，这个庞大的气体云显示出异常的温度和密度。虽然气体云是个非常寒冷的地方，温度只有零下53°和比地球大气低300兆倍的密度，但是其仍然比银河系的气体云温度要高出5倍，密度高出10到100倍。
探测数据表明，在类星体周围的气体云中，水蒸气是众多气体的一种，但其存在也表明了类星体周围的水蒸气处于X射线和强烈红外辐射的照射中。而强烈辐射与水蒸气的相互作用揭示出了巨型气体云的相关属性，以及类星体如何对其产生影响。这种影响表现在，辐射强度如何加热周围气体云等。此外，天文学家还发现，通过测量水蒸气和其他分子（一氧化碳），可以推算出这个巨型黑洞还能通过吞噬气体，并最终演化成6倍于目前体积的超大质量黑洞。但最后会不会实现，还不得而知，因为气体云回凝结并提供给新的恒星形成，也可能脱离类星体。
布拉德福德于2008年开始这项观测，使用加州理工学院的亚毫米波10米口径的望远镜。其中有一个极为敏感的摄谱仪，需要冷却到绝对零度以上0.06摄氏度。可以对来自类星体的光进行毫米波段的分析，介于红外和微波波段之间。光谱范围是以往光谱仪的10倍。天文学家针对这个现象提出了后续观测任务，使用南加州的毫米波阵列望远镜进行进一步研究。
本次重大的发现也再一次强调了毫米波和亚毫米波观测是一个非常好的研究方法。这个领域在过去的20-30年内发展迅速，该研究的一位科学家正在参与智利阿塔卡马沙漠一个25米口径的望远镜建设。使得天文学家能发现宇宙中早期星系，并通过对水蒸气以及其他痕量气体的研究，发现原始星系的奥秘。
而另一组科学家则在加州理工学院物理学高级研究员Dariusz Lis牵头下，使用法国阿尔卑斯山上的干涉望远镜观测这个“巨型海洋”黑洞。早在2010年，该团队就已经发现APM 08279+5255频谱中存在氟化氢的痕迹，接着一个无心插柳观测，又发现这个类星体中存在水的光谱信号。这个信号是水由高能态跃迁到低能态所释放出的辐射。Lis研究小组只发现了一个单一的信号，而使用亚毫米波10米口径望远镜的布拉德福德则观测到许多频率上都存在水的痕迹，也正是通过这个信息，布拉德福德小组计算出了类星体周围的气体物理特性和水蒸气的总质量。
