Webb halla dos agujeros negros gigantes juntos 900 millones de años después del Big Bang

El telescopio espacial James Webb ha encontrado dos agujeros negros supermasivos alimentándose lado a lado cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Forman el par compacto de cuásares más antiguo jamás identificado, y su separación es menor que la distancia entre nuestro Sol y el centro de la Vía Láctea.

El par es relevante porque nadie esperaba encontrar uno tan temprano. Los dos agujeros negros tienen cada uno cientos de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, y la probabilidad de hallar dos tan próximos en esa época es mucho mayor de lo que predicen los modelos actuales del universo joven.

El sistema se denomina oficialmente J1602+4228AB. Su nombre hawaiano, Nāpōwawāʻenakaulua, fue creado por Larry Kimura de la facultad de lengua hawaiana de la Universidad de Hawái a través del programa de nombramiento A Hua He Inoa. Se traduce como «Dos cuerpos celestes de oscuridad poderosa e insondable en el resplandor del calor que reencarna energía en el Universo». El estudio, dirigido por Silvia Onorato de NSF NOIRLab, aparece en The Astrophysical Journal Letters.

La luz que vemos partió del par unos 900 millones de años después del Big Bang. El agujero negro más grande pesa aproximadamente 1.500 millones de masas solares y el más pequeño, unos 400 millones. Se encuentran a unos 18.100 años luz de distancia, aproximadamente una quinta parte del diámetro de la Vía Láctea.

Un cuásar es un agujero negro supermasivo que está engullendo tanto gas que la materia a su alrededor eclipsa a todas las estrellas de su galaxia anfitriona. Ambos miembros de este par se están alimentando al límite de Eddington o ligeramente por encima, la tasa a la que la radiación que empuja hacia fuera desde el gas caliente equilibra la gravedad que atrae el gas hacia dentro. Por tanto, ambos agujeros negros crecen aproximadamente tan rápido como la física permite normalmente.

«No hay una explicación teórica definitiva de cómo un solo cuásar gigante de estos existe tan temprano en la edad de nuestro Universo, y mucho menos dos», declaró Onorata en el anuncio de NOIRLab.

Cómo el Webb y Gemini encontraron el segundo cuásar

El par apareció en el sondeo Aether, un programa del Webb dirigido por Emanuele Paolo Farina de NSF NOIRLab y el Observatorio Gemini Internacional. El sondeo apunta el espectrógrafo de infrarrojo cercano del Webb a 200 cuásares de los primeros mil millones de años, aproximadamente el 43 por ciento de todos los cuásares conocidos de ese período. En lugar de un único espectro, el instrumento registra un espectro separado para cada pequeña región del cielo alrededor de cada objetivo.

Durante una inspección visual de cada cubo de datos, el equipo notó que el cuásar conocido J1602+4228 tenía un compañero débil a casi exactamente la misma distancia. De los 199 campos del sondeo examinados, es el único cuásar compañero con líneas de emisión anchas, la señal de gas que se mueve rápido cerca de un agujero negro. El Webb observó este campo durante unos 45 minutos.

El compañero es aproximadamente 19 veces más débil que el cuásar principal, y los dos están separados en el cielo por poco menos de un arcosegundo, aproximadamente el ancho de una moneda vista desde cuatro kilómetros de distancia. Para confirmarlo como un objeto separado, el equipo recurrió al espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini en el telescopio Gemini North en Maunakea, Hawái, y colocó la rendija de modo que cubriera ambos cuásares a la vez. El cuásar débil recibió más de tres horas de exposición. «El cielo sobre Maunakea estaba tan limpio y nítido que logramos recopilar los datos en solo dos noches», dijo Onorata. Un tercer instrumento, el espectrógrafo multiobjeto Gemini, añadió luz óptica del compañero débil.

Los desplazamientos al rojo de los dos cuásares, una medida de cuánto ha estirado su luz la expansión del universo, difieren solo en unos 15 kilómetros por segundo, lo que los sitúa esencialmente a la misma distancia de la Tierra.

El par de cuásares más estrecho del universo temprano

Este es solo el tercer par de cuásares encontrado en el amanecer cósmico, la era de las primeras galaxias, y es el más compacto. El par temprano más compacto anterior, J2037-4537, tiene una separación de unos 24.000 años luz y se observó aproximadamente 100 millones de años después en la historia cósmica. Otro candidato de una época similar, J1215-0148, tiene unos 39.000 años luz de ancho, y los astrónomos aún debaten si es un par real.

A modo de comparación, el Sol está a unos 26.000 años luz de Sagitario A*, el agujero negro en el centro de nuestra galaxia. Sagitario A* pesa unos cuatro millones de soles. El agujero negro más grande de este par es aproximadamente 380 veces más pesado, y alcanzó esa masa cuando el universo tenía aproximadamente el 6,5 por ciento de su edad actual.

El equipo también se preguntó con qué frecuencia debería aparecer un par como este. Las mediciones de cómo se agrupan los cuásares a gran escala, extendidas hasta la escala de este par, predicen muchos menos vecinos de este tipo que uno en 199 campos. El par observado se sitúa entre 100 y 1.000 veces por encima de esas extrapolaciones, incluso cuando el equipo utilizó un umbral de brillo más débil.

Lo que el par no resuelve todavía

La primera cuestión abierta es si realmente son dos cuásares. Una galaxia situada entre nosotros y un único cuásar lejano puede desviar su luz y producir dos imágenes del mismo objeto, un efecto llamado lente gravitacional. Los espectros apuntan en contra de eso. Los dos cuásares difieren en la pendiente de su luz y en la cantidad de polvo que los oscurece, y las rápidas eyecciones de gas observadas en sus líneas de emisión de oxígeno tienen formas diferentes, y las lentes no pueden cambiar esas formas. Por tanto, el equipo se inclina tentativamente por un par real. Sin embargo, imágenes de archivo del Hubble muestran una posible galaxia en primer plano cerca del cuásar más débil. Los autores escriben que los espectros por sí solos no pueden descartar las lentes, y que aún se está preparando un modelo de lente completo.

El segundo límite son las masas en sí mismas. Los pesos de los agujeros negros derivados de un único espectro conllevan una incertidumbre sistemática de aproximadamente un factor de dos, por lo que las cifras de 1.500 millones y 400 millones son estimaciones, no mediciones precisas.

El tercer límite se refiere al exceso. Las predicciones de agrupamiento se midieron en escalas mucho mayores y deben extenderse muy por debajo de su rango probado, donde los autores afirman que la teoría es extremadamente incierta. Un solo par no puede mostrar si tales sistemas son comunes o si este es una coincidencia rara.

Individualmente, los agujeros negros no rompen ninguna regla: sus masas y tasas de alimentación coinciden con las de cuásares solitarios de la misma época. Lo que sigue sin explicación es cómo un agujero negro creció hasta mil millones de soles tan rápido, y por qué dos lo hicieron tan cerca el uno del otro.

Por qué una fusión podría explicar el par

El equipo propone que Nāpōwawāʻenakaulua marca un pico extremo en la densidad de materia en el universo temprano, un lugar donde galaxias en colisión empujaron grandes cantidades de gas hacia sus centros. Ese gas alimentaría la formación estelar y ambos agujeros negros al mismo tiempo, lo que explicaría por qué dos cuásares se encendieron juntos.

Si las dos galaxias anfitrionas se están fusionando, los agujeros negros deberían eventualmente hundirse hacia el centro de la galaxia combinada, formar un par ligado y, en un futuro lejano, fusionarse. Pares como este son la etapa temprana del proceso que se cree produce el tenue fondo de ondas gravitacionales reportado por la colaboración NANOGrav.

Preguntas que los lectores hacen sobre el par de cuásares

¿Qué es un par de cuásares?

Un par de cuásares son dos agujeros negros supermasivos que se alimentan activamente y están situados cerca en el espacio, generalmente porque sus galaxias anfitrionas están interactuando o fusionándose. Se han encontrado muy pocos en los primeros mil millones de años después del Big Bang.

¿A qué distancia está Nāpōwawāʻenakaulua?

Su luz partió del par unos 900 millones de años después del Big Bang, lo que corresponde a un desplazamiento al rojo de aproximadamente 6,08. La luz ha viajado durante casi 13.000 millones de años para llegar al Webb.

¿Cómo pesan los astrónomos un agujero negro tan lejano?

Miden la anchura de las líneas de emisión de hidrógeno del gas que orbita el agujero negro. Las órbitas más rápidas implican líneas más anchas, y combinadas con el brillo del cuásar, la anchura da una estimación de la masa. Estas estimaciones de un solo espectro tienen una incertidumbre de aproximadamente un factor de dos.

¿Podría el segundo cuásar ser una ilusión causada por lentes gravitacionales?

Es posible, pero se considera menos probable. Los dos espectros difieren en aspectos que las lentes no deberían producir, especialmente en las formas de sus eyecciones de gas, pero se ha detectado una posible galaxia en primer plano en imágenes del Hubble. Un modelo de lente detallado pondrá a prueba la idea.

Qué viene después

El Webb registró los datos del descubrimiento el 2 de abril de 2025, el seguimiento con Gemini continuó hasta este año, y el artículo se publicó el 10 de noviembre de 2026. El equipo de Onorata está ahora preparando un estudio dinámico del gas que se mueve entre los dos cuásares y un modelo de lente basado en imágenes de archivo del Hubble. Un artículo separado dirigido por Roberto Decarli del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia reportará las galaxias compañeras encontradas en todo el sondeo Aether, el primer paso hacia la muestra estadística que puede mostrar si pares como este son comunes o raros.

Referencia: 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, agujeros negros, Gemini North, cuásares