Puesto que los astrónomos esperaban que el vapor de agua estuviera presente incluso en los inicios del universo, el descubrimiento del agua en sí no es una sorpresa, dice Bradford. No hay vapor de agua en la Vía Láctea, aunque la cantidad total es 4.000 veces menos masiva que en el cuásar, ya que la mayoría del agua de la Vía Láctea se encuentra congelada en forma de hielo.
Sin embargo, el vapor de agua es un gas que deja un rastro importante y revela la naturaleza del cuásar. En este cuásar en particular, el vapor de agua se distribuye alrededor del agujero negro en una región gaseosa que abarca cientos de años luz (un año luz es unos 9,6 billones de kilómetros), y su presencia indica que el gas es inusualmente cálido y denso según los patrones astronómicos. Aunque el gas es frío, a una temperatura de -53 grados centígrados y es de 300 billones de veces menos denso que la atmósfera de la Tierra, sigue siendo cinco veces más caliente y 10 a 100 veces más denso que lo típico en las galaxias como la Vía Láctea.
El vapor de agua es sólo uno de muchos tipos de gases que rodean el cuásar y su presencia indica que el quásar está bañando al gas, tanto en rayos X como en la radiación infrarroja. La interacción entre la radiación del vapor de agua revela las propiedades del gas y la forma en la que influye en el cuásar. Por ejemplo, analizando el vapor de agua se muestra cómo la radiación calienta el resto del gas. Además, las mediciones del vapor de agua y de otras moléculas, tales como el monóxido de carbono, sugieren que hay suficiente gas para alimentar el agujero negro hasta que crezca cerca de seis veces su tamaño. Si esto va a suceder, no está claro, dicen los astrónomos, ya que parte del gas puede terminar condensándose en estrellas o puede ser expulsado del cuásar.
El equipo de Bradford hizo sus observaciones a partir del año 2008, utilizando un instrumento llamado Z-Spec en el Observatorio de Caltech Submilimétrico (CSO), un telescopio de 10 metros cerca de la cima del Mauna Kea en Hawai. Z-Spec es un espectrógrafo muy sensible, que requiere temperaturas de refrigeración dentro de 0,06 grados centígrados sobre el cero absoluto. El instrumento mide la luz en una región del espectro electromagnético llamada banda milimétrica, que se encuentra entre las longitudes de onda infrarroja y de microondas. El descubrimiento que hicieron los investigadores del agua sólo fue posible porque la cobertura espectral de Z-Spec es 10 veces mayor que el de los espectrómetros operativos anteriores en estas longitudes de onda. Los astrónomos hicieron observaciones de seguimiento con el Conjunto Combinado para la Investigación en Astronomía de onda milimétrica (CARMA), una serie de antenas de radio en las montañas de Inyo del Sur de California.
Este descubrimiento pone de relieve las ventajas de observar en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, dicen los astrónomos. Este campo se ha desarrollado rápidamente en las últimas dos o tres décadas, y para alcanzar el pleno potencial de esta línea de investigación, los astrónomos, incluyen los autores del estudio que están diseñando el CCAT, un telescopio de 25 metros que se construirá en el desierto de Atacama en Chile. CCAT permitirá a los astrónomos descubrir algunas de las primeras galaxias en el universo. Mediante la medición de la presencia de agua y otros gases importantes, los astrónomos pueden estudiar la composición de estas galaxias primordiales.
El segundo grupo, liderado por Dariusz Lis, investigador asociado de física en Caltech y el subdirector de la OSC, usó el Interferómetro Plateau de Bure en los Alpes franceses para encontrar agua. En el 2010, el equipo de Lis fue en busca de señales de fluoruro de hidrógeno en el espectro de la APM 08279 +5255, pero casualmente detectó una señal en el espectro del cuásar que indicaba la presencia de agua. La señal estaba en una frecuencia correspondiente a la radiación que se emite cuando el agua pasa de un estado energético superior a uno más bajo.. Mientras el equipo de Lis ha encontrado una sola señal en una sola frecuencia, el ancho de banda amplia de Z-Spec permitió a Bradford y sus colegas descubrir emisión de agua en muchas frecuencias. Estas transiciones múltiples de agua permitió al equipo de Bradford determinar las características físicas del gas del cuásar y la masa del agua.
