L’eau est vraiment partout. Deux équipes d’astronomes, dont chacune dirigée par des scientifiques du California Institute of Technology (Caltech), ont découvert le plus grand réservoir d’eau et le plus éloigné jamais détecté dans l’univers. En regardant à une distance de 48 milliards de trillions de kilomètres loin dans un quasar, un des objets les plus brillants et les plus violents du cosmos, les chercheurs ont trouvé une masse de vapeur d’eau qui est d’au moins 140 milliards de fois celle de toute l’eau dans les océans du monde combiné et 100 000 fois plus massif que le Soleil.
Image d’entête (un clic pour agrandir) : une représentation artistique d’un quasar, ou d’un un trou noir entrain de s’alimenté, semblable à l’APM 08279 5255, où les astronomes ont découvert d’énormes quantités de vapeur d’eau.
Le quasar est si loin, que sa lumière a mis 12 milliards d’années pour atteindre la Terre. Les observations révèlent donc un moment où l’univers était à peine âgé de 1,6 milliards d’années. «L’environnement autour de ce quasar est unique en ce qu’elle est la productrice de cette énorme masse d’eau», explique Matt Bradford, un scientifique du Laboratoire Jet Propulsion de la NASA (JPL), et du Caltech. «C’est une autre démonstration que l’eau est omniprésente dans l’univers, même aux temps les plus reculés." Bradford mène une des deux équipes internationales d’astronomes, qui ont décrit leurs conclusions sur le quasar dans des documents distincts qui ont été acceptées pour publication.
Un quasar est alimenté par un énorme trou noir, qui ne cesse de consommer un disque de gaz et de poussière l’entourant ; alors qu’il se goinfre, le quasar crache d’énormes quantités d’énergie. Les deux groupes d’astronomes ont étudié en particulier un quasar appelé APM 08279+5255, qui abrite un trou noir 20 milliards de fois plus massifs que le soleil et produisant autant d’énergie qu’un millier de milliards de soleils.
Les astronomes estimaient que de la vapeur d’eau était présente même dans l’univers primitif et cette découverte n’est pas une surprise en soi, dit Bradford. Il y a de la vapeur d’eau dans la Voie lactée, bien que le montant total est 4000 fois moins important que dans le quasar, alors que la plupart de l’eau de la Voie lactée est gelée sous la forme de glace.
Néanmoins, la vapeur d’eau est une importante trace de gaz qui révèle la nature du quasar. Dans ce quasar en particulier, la vapeur d’eau est distribuée autour du trou noir dans une région gazeuse couvrant des centaines d’années-lumière (une année-lumière est égale à 9 460 730 472 580,8 km) et sa présence indique que le gaz est exceptionnellement chaud et dense pour les normes en astronomie. Bien que le gaz soit à -53 degrés Celsius et est 300 milliards de fois moins dense que l’atmosphère terrestre, il est encore cinq fois plus chaud et 10 à 100 fois plus dense que ce qui est typique dans les galaxies comme la Voie lactée.
La vapeur d’eau n’est qu’un des nombreux types de gaz qui entourent le quasar et sa présence indique que le quasar baigne le gaz à la fois dans les rayons X et le rayonnement infrarouge. L’interaction entre la vapeur d’eau et le rayonnement révèle les propriétés du gaz et la manière dont il influe sur le quasar. Par ailleurs, les mesures de la vapeur d’eau et d’autres molécules, telles que le monoxyde de carbone, suggèrent qu’il y a suffisamment de gaz pour alimenter le trou noir jusqu’à ce qu’il grandisse pour atteindre environ six fois sa taille.
L’équipe de Bradford a commencé leur observation en 2008, à l’aide d’un instrument appelé Z-Spec à l’Observatoire submillimétrique de Caltech (CSO), un télescope de 10 mètres près du sommet du Mauna Kea à Hawaii (Observatoires du Mauna Kea). Le Z-Spec est un spectrographe extrêmement sensible, nécessitant d’être refroidie à des températures de 0,06 degré Celsius au-dessus du zéro absolu. L’instrument mesure la lumière dans une région du spectre électromagnétique appelée bande millimétrique, qui se situe entre l’infrarouge et les micro-ondes. Cette découverte met en évidence les avantages d’observer dans les longueurs d’onde millimétriques et submillimétriques, selon les astronomes.
Le second groupe, dirigé par Dariusz Lis, associé de recherche principal en physique à Caltech et directeur adjoint du CSO, a utilisé l’interféromètre du Plateau de Bure dans les Alpes françaises pour trouver de l’eau. En 2010, l’équipe de Lis était à la recherche des traces de fluorure d’hydrogène dans le spectre de l’APM 08279 5255, mais un heureux hasard a permis de détecter un signal dans le spectre du quasar qui indiquait la présence d’eau.
L’annonce faite sur le site de la NASA : Astronomers Find Largest, Most Distant Reservoir of Water.