Webb a găsit două găuri negre uriașe una lângă alta la 900 de milioane de ani după Big Bang

Telescopul Spațial James Webb a descoperit două găuri negre supermasive care se hrănesc una lângă alta într-o perioadă în care universul avea mai puțin de un miliard de ani. Ele formează cea mai veche pereche compactă de quasari identificată vreodată, iar distanța dintre ele este mai mică decât cea dintre Soare și centrul Căii Lactee.

Perechea contează pentru că nimeni nu se aștepta să găsească una atât de devreme. Cele două găuri negre au fiecare mase de sute de milioane până la miliarde de ori mai mari decât Soarele, iar șansa de a găsi două atât de apropiate în acea epocă este cu mult mai mare decât prevăd modelele actuale ale universului tânăr.

Sistemul se numește oficial J1602+4228AB. Numele său hawaiian, Nāpōwawāʻenakaulua, a fost creat de Larry Kimura de la colegiul de limbă hawaiiană al Universității din Hawaiʻi prin programul de denumire A Hua He Inoa. Se traduce prin „Două corpuri cerești de întuneric puternic fără fund în strălucirea căldurii care reincarnează energia în Univers.” Studiul, condus de Silvia Onorato de la NSF NOIRLab, apare în The Astrophysical Journal Letters.

Lumina pe care o vedem a părăsit perechea acum aproximativ 900 de milioane de ani după Big Bang. Gaura neagră mai mare cântărește aproximativ 1,5 miliarde de mase solare, iar cea mai mică, aproximativ 400 de milioane. Ele se află la aproximativ 18.100 de ani-lumină una de alta, aproximativ o cincime din diametrul Căii Lactee.

Un quasar este o gaură neagră supermasivă care înghite atât de mult gaz încât materia din jurul ei eclipsează toate stelele din galaxia gazdă. Ambii membri ai acestei perechi se hrănesc la sau puțin peste limita Eddington, rata la care radiația care iese din gazul fierbinte echilibrează gravitația care trage gazul înăuntru. Prin urmare, ambele găuri negre cresc aproximativ la fel de repede cum permite fizica în mod normal.

„Nu există o explicație teoretică definitivă pentru cum poate exista un singur quasar uriaș atât de devreme în istoria universului nostru, cu atât mai puțin două,” a declarat Onorato în anunțul NOIRLab.

Cum au găsit Webb și Gemini al doilea quasar

Perechea a fost descoperită în cadrul sondajului Aether, un program Webb condus de Emanuele Paolo Farina de la NSF NOIRLab și International Gemini Observatory. Sondajul îndreaptă spectrograful în infraroșu apropiat al lui Webb către 200 de quasari din primul miliard de ani, aproximativ 43% din toți quasarii cunoscuți din acea perioadă. În loc de un singur spectru, instrumentul înregistrează un spectru separat pentru fiecare mică porțiune de cer din jurul fiecărei ținte.

În timpul unei verificări vizuale a fiecărui cub de date, echipa a observat că quasarul cunoscut J1602+4228 avea un companion slab la aproape exact aceeași distanță. Din cele 199 de câmpuri ale sondajului examinate, este singurul quasar companion cu linii de emisie largi, semnătura gazului care se mișcă rapid în apropierea unei găuri negre. Webb a observat acest câmp timp de aproximativ 45 de minute.

Companionul este de aproximativ 19 ori mai slab decât quasarul principal, iar cele două sunt separate pe cer cu puțin sub o secundă de arc, aproximativ lățimea unei monede văzută de la patru kilometri distanță. Pentru a confirma că este un obiect separat, echipa a apelat la spectrograful în infraroșu apropiat Gemini de pe telescopul Gemini North de pe Maunakea din Hawaiʻi și a plasat fanta astfel încât să acopere ambii quasari deodată. Quasarul slab a primit mai mult de trei ore de expunere. „Cerul deasupra Maunakea era atât de curat și de clar încât am reușit să colectăm datele în doar două nopți,” a spus Onorato. Un al treilea instrument, spectrograful multi-obiect Gemini, a adăugat lumina optică de la companionul slab.

Deplasările spre roșu ale celor doi quasari, o măsură a cât de mult a întins expansiunea universului lumina lor, diferă cu doar aproximativ 15 kilometri pe secundă, ceea ce îi plasează la esențial aceeași distanță de Pământ.

Cea mai strânsă pereche de quasari din universul timpuriu

Aceasta este doar a treia pereche de quasari descoperită în zorii cosmici, era primelor galaxii, și este cea mai strânsă. Cea mai compactă pereche timpurie anterioară, J2037-4537, are o separare de aproximativ 24.000 de ani-lumină și a fost văzută cu aproximativ 100 de milioane de ani mai târziu în istoria cosmică. Un alt candidat dintr-o epocă similară, J1215-0148, are o lățime de aproximativ 39.000 de ani-lumină, iar astronomii încă dezbat dacă este o pereche reală.

Pentru comparație, Soarele se află la aproximativ 26.000 de ani-lumină de Sagittarius A*, gaura neagră din centrul galaxiei noastre. Sagittarius A* cântărește aproximativ patru milioane de mase solare. Gaura neagră mai mare din această pereche este de aproximativ 380 de ori mai grea și a atins această masă când universul avea aproximativ 6,5% din vârsta sa actuală.

Echipa a întrebat, de asemenea, cât de des ar trebui să apară o astfel de pereche. Măsurătorile modului în care quasarii se grupează la scară largă, extinse până la scara acestei perechi, prezic mult mai puțini vecini de acest fel decât unul din 199 de câmpuri. Perechea observată se situează de 100 până la 1.000 de ori peste aceste extrapolări, chiar și atunci când echipa a folosit un prag de luminozitate mai slab.

Ce nu rezolvă încă perechea

Prima întrebare deschisă este dacă aceștia sunt într-adevăr doi quasari. O galaxie situată între noi și un quasar îndepărtat poate îndoi lumina acestuia și produce două imagini ale aceluiași obiect, un efect numit lentilă gravitațională. Spectrele pledează împotrivă. Cei doi quasari diferă prin panta luminii lor și prin cât de mult praful îi întunecă, iar fluxurile rapide de gaz observate în liniile lor de emisie de oxigen au forme diferite, iar lentila nu poate schimba aceste forme. Prin urmare, echipa favorizează provizoriu o pereche reală. Cu toate acestea, imaginile de arhivă Hubble arată o posibilă galaxie de prim-plan în apropierea quasarului mai slab. Autorii scriu că spectrele singure nu pot exclude lentila, iar un model complet de lentilă este încă în pregătire.

A doua limitare sunt masele în sine. Greutățile găurilor negre derivate dintr-un singur spectru au o incertitudine sistematică de aproximativ un factor de doi, astfel încât cifrele de 1,5 miliarde și 400 de milioane sunt estimări, nu măsurători precise.

A treia limitare se referă la exces. Previziunile de grupare au fost măsurate la scări mult mai mari și trebuie extinse cu mult sub domeniul lor testat, unde autorii spun că teoria este extrem de incertă. O singură pereche nu poate arăta dacă astfel de sisteme sunt comune sau dacă aceasta este o coincidență rară.

Individual, găurile negre nu încalcă nicio regulă: masele și ratele de hrănire corespund quasariilor solitari din aceeași epocă. Ceea ce rămâne neexplicat este cum a reușit vreo gaură neagră să crească până la un miliard de mase solare atât de repede și de ce două dintre ele au făcut-o atât de apropiate.

De ce o fuziune ar putea explica perechea

Echipa propune că Nāpōwawāʻenakaulua marchează un vârf extrem al densității materiei în universul timpuriu, un loc unde galaxiile în coliziune au împins cantități mari de gaz spre centrele lor. Acest gaz ar alimenta formarea de stele și ambele găuri negre în același timp, ceea ce ar explica de ce doi quasari s-au activat împreună.

Dacă cele două galaxii gazdă fuzionează, găurile negre ar trebui să se scufunde în cele din urmă spre centrul galaxiei combinate, să formeze o pereche legată și, în viitorul îndepărtat, să fuzioneze. Perechi ca aceasta sunt stadiul incipient al procesului despre care se crede că produce fondul slab de unde gravitaționale raportat de colaborarea NANOGrav.

Întrebări pe care cititorii le pun despre perechea de quasari

Ce este o pereche de quasari?

O pereche de quasari reprezintă două găuri negre supermasive care se hrănesc activ și care se află aproape una de alta în spațiu, de obicei pentru că galaxiile lor gazdă interacționează sau fuzionează. Foarte puține au fost descoperite în primul miliard de ani după Big Bang.

Cât de departe este Nāpōwawāʻenakaulua?

Lumina sa a părăsit perechea acum aproximativ 900 de milioane de ani după Big Bang, ceea ce corespunde unei deplasări spre roșu de aproximativ 6,08. Lumina a călătorit aproape 13 miliarde de ani pentru a ajunge la Webb.

Cum cântăresc astronomii o gaură neagră atât de departe?

Măsoară lățimea liniilor de emisie ale hidrogenului provenite de la gazul care orbitează gaura neagră. Orbitele mai rapide înseamnă linii mai largi, iar combinate cu luminozitatea quasarului, lățimea oferă o estimare a masei. Aceste estimări dintr-un singur spectru au o incertitudine de aproximativ un factor de doi.

Ar putea fi al doilea quasar o iluzie cauzată de lentila gravitațională?

Este posibil, dar considerat mai puțin probabil. Cele două spectre diferă în moduri pe care lentila nu ar trebui să le producă, în special în formele fluxurilor lor de gaz, dar o galaxie candidată de prim-plan a fost observată în imaginile Hubble. Un model detaliat de lentilă va testa această idee.

Ce urmează

Webb a înregistrat datele descoperirii pe 2 aprilie 2025, urmăririle cu Gemini au continuat până anul acesta, iar lucrarea a fost publicată pe 10 noiembrie 2026. Echipa lui Onorato pregătește acum un studiu dinamic al gazului care se mișcă între cei doi quasari și un model de lentilă bazat pe imaginile de arhivă Hubble. O lucrare separată condusă de Roberto Decarli de la National Institute for Astrophysics din Italia va raporta galaxiile companion găsite în întregul sondaj Aether, primul pas către eșantionul statistic care poate arăta dacă perechi ca aceasta sunt comune sau rare.

Referință: 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

Etichete: știri, astronomie, James Webb Space Telescope, JWST, găuri negre, Gemini North