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

O Telescópio Espacial James Webb descobriu dois buracos negros supermassivos a alimentarem-se lado a lado quando o universo tinha menos de mil milhões de anos. Formam o par compacto de quasares mais antigo alguma vez identificado, e a sua separação é inferior à 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 milhares de milhões de vezes a massa do Sol, e a probabilidade de encontrar dois tão próximos nesta época é muito superior ao que os modelos atuais do universo jovem preveem.

O sistema chama-se oficialmente J1602+4228AB. O seu nome havaiano, Nāpōwawāʻenakaulua, foi criado por Larry Kimura do colégio de língua havaiana da Universidade do Havai através do programa de nomeação A Hua He Inoa. Traduz-se como “Dois corpos celestes de escuridão poderosa insondável no brilho do calor a reencarnar energia no Universo.” O estudo, liderado por Silvia Onorato do NSF NOIRLab, é publicado na 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 pesa cerca de 1,5 mil milhões de vezes a massa do Sol e o mais pequeno cerca de 400 milhões. 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 a engolir tanto gás que a matéria à sua volta ofusca todas as estrelas da sua galáxia hospedeira. Ambos os membros deste par se alimentam ao ou ligeiramente acima do limite de Eddington, a taxa à qual a radiação que empurra para fora do gás quente equilibra a gravidade que puxa o gás para dentro. Ambos os buracos negros estão, portanto, a crescer tão depressa quanto a física normalmente permite.

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

Como o Webb e o Gemini encontraram o segundo quasar

O par surgiu 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 Infravermelhos Próximos do Webb para 200 quasares dos primeiros mil milhões de anos, cerca de 43 por cento de todos os quasares conhecidos desse período. Em vez de um único espectro, o instrumento regista um espectro separado para cada pequena região do céu à volta de cada alvo.

Durante uma verificação visual de cada cubo de dados, a equipa notou que o quasar conhecido J1602+4228 tinha um companheiro ténue 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 de um buraco negro. O Webb observou este campo durante cerca de 45 minutos.

O companheiro é aproximadamente 19 vezes mais ténue do que o quasar principal, e os dois estão separados no céu por pouco menos de um arcsegundo, cerca da largura de uma moeda vista a quatro quilómetros de distância. Para o confirmar como um objeto separado, a equipa recorreu ao Espectrógrafo de Infravermelhos Próximos Gemini no telescópio Gemini North em Maunakea, no Havai, e colocou a fenda de modo a cobrir ambos os quasares ao mesmo tempo. O quasar ténue recebeu mais de três horas de exposição. “O céu sobre Maunakea estava tão limpo e nítido que conseguimos recolher os dados em apenas duas noites,” disse Onorato. Um terceiro instrumento, o Espectrógrafo Multi-Objeto Gemini, adicionou luz ótica do companheiro ténue.

Os redshifts dos dois quasares, uma medida de quanto a expansão do universo esticou a sua luz, diferem em apenas cerca de 15 quilómetros 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 na aurora cósmica, a era das primeiras galáxias, e é o mais apertado. O par compacto mais antigo anterior, J2037-4537, tem uma separação de cerca de 24.000 anos-luz e foi visto cerca de 100 milhões de anos mais tarde na história cósmica. Outro candidato numa época semelhante, J1215-0148, tem cerca de 39.000 anos-luz de largura, e os astrónomos ainda debatem se é um par real.

Para escala, o Sol está a cerca de 26.000 anos-luz de Sagitário A*, o buraco negro no centro da nossa galáxia. Sagitário A* pesa cerca de quatro milhões de sóis. 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 da sua idade atual.

A equipa também perguntou com que frequência um par como este deveria aparecer. Medições de como os quasares se aglomeram em grandes escalas, estendidas até à escala deste par, preveem muito menos vizinhos deste tipo do que um em 199 campos. O par observado situa-se 100 a 1.000 vezes acima dessas extrapolações, mesmo quando a equipa usou um limiar de brilho mais ténue.

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 a 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 da sua luz e na quantidade de poeira que os obscurece, e os fluxos de gás em movimento rápido vistos nas suas linhas de emissão de oxigénio têm formas diferentes, e as lentes não podem alterar essas formas. A equipa, portanto, favorece provisoriamente um par real. Imagens de arquivo do Hubble, no entanto, mostram uma possível galáxia em primeiro plano perto do quasar mais ténue. Os autores escrevem que os espectros por si só não podem descartar lentes, e um modelo de lente completo ainda está em preparação.

O segundo limite são as próprias massas. Os pesos dos buracos negros derivados de um único espectro carregam uma incerteza sistemática de aproximadamente um fator de dois, pelo que os valores de 1,5 mil milhões e 400 milhões são estimativas, não medições precisas.

O terceiro limite diz respeito ao excesso. As previsões de aglomeração foram medidas em escalas muito maiores e têm de ser estendidas muito abaixo do seu intervalo testado, 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: as suas massas e taxas de alimentação correspondem a quasares solitários da mesma era. O que permanece inexplicado é como qualquer buraco negro cresceu até mil milhões de sóis tão rapidamente, e porque é que dois deles o fizeram tão próximos um do outro.

Porque é que uma fusão pode explicar o par

A equipa propõe que Nāpōwawāʻenakaulua marca um pico extremo na densidade de matéria no universo primitivo, um local onde galáxias em colisão empurraram grandes quantidades de gás para os seus centros. Esse gás alimentaria a formação estelar e ambos os buracos negros ao mesmo tempo, o que explicaria porque é que dois quasares se acenderam juntos.

Se as duas galáxias hospedeiras estão a fundir-se, os buracos negros deverão eventualmente afundar-se em direção ao centro da galáxia combinada, formar um par ligado e, num futuro distante, fundir-se. Pares como este são o estágio inicial do processo que se pensa produzir o fundo ténue 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 alimentação ativa que estão próximos no espaço, geralmente porque as suas galáxias hospedeiras estão a interagir ou a fundir-se. Muito poucos foram encontrados nos primeiros mil milhões de anos após o Big Bang.

Quão longe está Nāpōwawāʻenakaulua?

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

Como é que os astrónomos pesam um buraco negro tão distante?

Medem a largura das linhas de emissão de hidrogénio do gás que orbita o buraco negro. Órbitas mais rápidas significam linhas mais largas, e combinadas com o brilho do quasar, a largura dá uma estimativa da massa. Estas estimativas de espectro único são incertas por um fator de cerca de dois.

Poderá o segundo quasar ser uma ilusão causada por lentes gravitacionais?

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

O que vem a seguir

O Webb registou os dados da descoberta a 2 de abril de 2025, o acompanhamento do Gemini continuou até este ano, e o artigo foi publicado a 10 de novembro de 2026. A equipa de Onorato está agora a preparar um estudo dinâmico do gás em movimento 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 de Itália reportará 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

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