Webb encontra dois buracos negros gigantes lado a lado 900 milhões de anos após o Big Bang

O Telescópio Espacial James Webb encontrou dois buracos negros supermassivos se alimentando lado a lado quando o universo tinha menos de um bilhão de anos. Eles formam o par de quasares mais antigo já identificado, e a separação entre eles é menor do que a distância entre o nosso Sol e o centro da Via Láctea.

O par é importante porque ninguém esperava encontrar um tão cedo. Os dois buracos negros têm cada um centenas de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, e a chance de encontrar dois tão próximos nessa época é muito maior do que os modelos atuais do universo jovem preveem.

O sistema é oficialmente chamado de J1602+4228AB. Seu nome havaiano, Nāpōwawāʻenakaulua, foi criado por Larry Kimura da faculdade de língua havaiana da Universidade do Havaí por meio do programa de nomenclatura A Hua He Inoa. A tradução é “Dois corpos celestes de escuridão poderosa e insondável no brilho do calor que reencarna energia no Universo.” O estudo, liderado por Silvia Onorato do NSF NOIRLab, foi publicado no The Astrophysical Journal Letters.

A luz que vemos partiu do par cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang. O buraco negro maior tem cerca de 1,5 bilhão de vezes a massa do Sol e o menor, cerca de 400 milhões. Eles estão separados por aproximadamente 18.100 anos-luz, cerca de um quinto do diâmetro da Via Láctea.

Um quasar é um buraco negro supermassivo que está engolindo tanto gás que a matéria ao seu redor ofusca todas as estrelas de sua galáxia hospedeira. Ambos os membros deste par estão se alimentando no limite de Eddington ou ligeiramente acima dele, a taxa na qual a radiação que empurra para fora do gás quente equilibra a gravidade que puxa o gás para dentro. Portanto, ambos os buracos negros estão crescendo tão rápido quanto a física normalmente permite.

“Não há uma explicação teórica definitiva para como um único desses quasares gigantes existe tão cedo na idade do nosso Universo, muito menos dois”, disse Onorato no comunicado do NOIRLab.

Como Webb e Gemini encontraram o segundo quasar

O par apareceu no levantamento Aether, um programa do Webb liderado por Emanuele Paolo Farina do NSF NOIRLab e do Observatório Gemini Internacional. O levantamento aponta o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo do Webb para 200 quasares do primeiro bilhão de anos, cerca de 43 por cento de todos os quasares conhecidos desse período. Em vez de um único espectro, o instrumento registra um espectro separado para cada pequena região do céu ao redor de cada alvo.

Durante uma verificação visual de cada cubo de dados, a equipe percebeu que o quasar conhecido J1602+4228 tinha um companheiro fraco a quase exatamente a mesma distância. Dos 199 campos do levantamento pesquisados, é o único quasar companheiro com linhas de emissão largas, a assinatura de gás em movimento rápido próximo a um buraco negro. O Webb observou este campo por cerca de 45 minutos.

O companheiro é cerca de 19 vezes mais fraco que o quasar principal, e os dois estão separados no céu por pouco menos de um arco-segundo, aproximadamente a largura de uma moeda vista a quatro quilômetros de distância. Para confirmá-lo como um objeto separado, a equipe recorreu ao Espectrógrafo de Infravermelho Próximo Gemini no telescópio Gemini North em Maunakea, no Havaí, e posicionou a fenda de modo que cobrisse ambos os quasares ao mesmo tempo. O quasar fraco recebeu mais de três horas de exposição. “O céu sobre Maunakea estava tão limpo e nítido que conseguimos coletar os dados em apenas duas noites”, disse Onorato. Um terceiro instrumento, o Espectrógrafo Multi-Objeto Gemini, adicionou luz óptica do companheiro fraco.

Os redshifts dos dois quasares, uma medida de quanto a expansão do universo esticou sua luz, diferem em apenas cerca de 15 quilômetros por segundo, o que os coloca essencialmente à mesma distância da Terra.

O par de quasares mais próximo do universo primitivo

Este é apenas o terceiro par de quasares encontrado no amanhecer cósmico, a era das primeiras galáxias, e é o mais compacto. O par antigo mais compacto anterior, J2037-4537, tem uma separação de cerca de 24.000 anos-luz e foi visto aproximadamente 100 milhões de anos depois na história cósmica. Outro candidato de época semelhante, J1215-0148, tem cerca de 39.000 anos-luz de largura, e os astrônomos ainda debatem se é um par real.

Para efeito de comparação, o Sol está a cerca de 26.000 anos-luz de Sagitário A*, o buraco negro no centro da nossa galáxia. Sagitário A* tem cerca de quatro milhões de massas solares. O buraco negro maior neste par é aproximadamente 380 vezes mais pesado, e atingiu essa massa quando o universo tinha cerca de 6,5 por cento de sua idade atual.

A equipe também perguntou com que frequência um par como este deveria aparecer. Medições de como os quasares se agrupam em grandes escalas, estendidas até a escala deste par, preveem muito menos vizinhos do que um em 199 campos. O par observado está de 100 a 1.000 vezes acima dessas extrapolações, mesmo quando a equipe usou um limite de brilho mais fraco.

O que o par ainda não resolve

A primeira questão em aberto é se estes são realmente dois quasares. Uma galáxia situada entre nós e um único quasar distante pode curvar sua luz e produzir duas imagens do mesmo objeto, um efeito chamado lente gravitacional. Os espectros argumentam contra isso. Os dois quasares diferem na inclinação de sua luz e em quanto a poeira os escurece, e os fluxos rápidos de gás vistos em suas linhas de emissão de oxigênio têm formas diferentes, e lentes não podem mudar essas formas. Portanto, a equipe favorece provisoriamente um par real. Imagens de arquivo do Hubble, no entanto, mostram uma possível galáxia em primeiro plano perto do quasar mais fraco. Os autores escrevem que os espectros sozinhos não podem descartar lentes, e um modelo completo de lente ainda está em preparação.

O segundo limite são as próprias massas. As massas dos buracos negros derivadas de um único espectro carregam uma incerteza sistemática de aproximadamente um fator de dois, então os valores de 1,5 bilhão e 400 milhões são estimativas, não medições precisas.

O terceiro limite diz respeito ao excesso. As previsões de agrupamento foram medidas em escalas muito maiores e tiveram que ser estendidas muito abaixo de sua faixa testada, onde os autores dizem que a teoria é extremamente incerta. Um par não pode mostrar se tais sistemas são comuns ou se este é uma coincidência rara.

Individualmente, os buracos negros não quebram nenhuma regra: suas massas e taxas de alimentação correspondem às de quasares solitários da mesma época. O que permanece sem explicação é como qualquer buraco negro cresceu para um bilhão de sóis tão rapidamente, e por que dois deles o fizeram tão próximos um do outro.

Por que uma fusão pode explicar o par

A equipe propõe que Nāpōwawāʻenakaulua marca um pico extremo na densidade da matéria no universo primitivo, um lugar onde galáxias em colisão empurraram grandes quantidades de gás em direção aos seus centros. Esse gás alimentaria a formação de estrelas e ambos os buracos negros ao mesmo tempo, o que explicaria por que dois quasares se acenderam juntos.

Se as duas galáxias hospedeiras estão se fundindo, os buracos negros devem eventualmente afundar em direção ao centro da galáxia combinada, formar um par ligado e, num futuro distante, se fundir. Pares como este são o estágio inicial do processo que se acredita produzir o fraco fundo de ondas gravitacionais relatado pela colaboração NANOGrav.

Perguntas que os leitores fazem sobre o par de quasares

O que é um par de quasares?

Um par de quasares são dois buracos negros supermassivos em atividade que estão próximos no espaço, geralmente porque suas galáxias hospedeiras estão interagindo ou se fundindo. Muito poucos foram encontrados no primeiro bilhão de anos após o Big Bang.

A que distância está Nāpōwawāʻenakaulua?

Sua luz deixou o par cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang, o que corresponde a um redshift de aproximadamente 6,08. A luz viajou por quase 13 bilhões de anos para chegar ao Webb.

Como os astrônomos pesam um buraco negro tão distante?

Eles medem a largura das linhas de emissão de hidrogênio do gás que orbita o buraco negro. Órbitas mais rápidas significam linhas mais largas e, combinadas com o brilho do quasar, a largura fornece uma estimativa de massa. Essas estimativas de espectro único são incertas por um fator de cerca de dois.

O segundo quasar poderia ser uma ilusão causada por lente gravitacional?

É possível, mas considerado menos provável. Os dois espectros diferem de maneiras que as lentes não deveriam produzir, especialmente nas formas de seus fluxos de gás, mas uma galáxia candidata em primeiro plano foi detectada em imagens do Hubble. Um modelo detalhado de lente testará a ideia.

O que vem a seguir

O Webb registrou os dados da descoberta em 2 de abril de 2025, o acompanhamento do Gemini continuou neste ano, e o artigo foi publicado em 10 de novembro de 2026. A equipe de Onorato está agora preparando um estudo dinâmico do gás que se move entre os dois quasares e um modelo de lente baseado em imagens de arquivo do Hubble. Um artigo separado liderado por Roberto Decarli do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália relatará as galáxias companheiras encontradas em todo o levantamento Aether, o primeiro passo para a amostra estatística que pode mostrar se pares como este são comuns ou raros.

Referência: Onorato et al., “Nāpōwawā‘enakaulua: A Close Quasar Pair at Cosmic Dawn in the Aether Survey,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb11f

Tags: astronomia, James Webb Space Telescope, JWST, buracos negros, Gemini North, Nāpōwawāʻenakaulua