Webb finder to kæmpestore sorte huller side om side 900 millioner år efter Big Bang

James Webb-rumteleskopet har fundet to supermassive sorte huller, der æder side om side, da universet var mindre end en milliard år gammelt. De udgør det ældste kompakte par af kvasarer, der nogensinde er identificeret, og afstanden mellem dem er kortere end afstanden mellem vores sol og centrum af Mælkevejen.

Parret er vigtigt, fordi ingen forventede at fange et så tidligt. De to sorte huller er hver især hundreder af millioner til milliarder af gange tungere end Solen, og chancen for at finde to af dem så tæt på hinanden på det tidspunkt er langt højere, end nuværende modeller af det unge univers forudsiger.

Systemet hedder officielt J1602+4228AB. Dets hawaiianske navn, Nāpōwawāʻenakaulua, blev skabt af Larry Kimura fra University of Hawaiʻis hawaiianske sprogkollegium gennem navngivningsprogrammet A Hua He Inoa. Det oversættes til “To himmellegemer af bundløs, mægtig mørke i glansen af varme, der reinkarnerer energi ind i universet.” Undersøgelsen, ledet af Silvia Onorato fra NSF NOIRLab, fremgår af The Astrophysical Journal Letters.

Det lys, vi ser, forlod parret omkring 900 millioner år efter Big Bang. Det største sorte hul vejer omkring 1,5 milliarder gange Solens masse og det mindste omkring 400 millioner. De sidder cirka 18.100 lysår fra hinanden, omkring en femtedel af Mælkevejens diameter.

En kvasar er et supermassivt sort hul, der sluger så meget gas, at stoffet omkring det overstråler alle stjerner i sin værtsgalakse. Begge medlemmer af dette par æder ved eller lidt over Eddington-grænsen, den hastighed, hvor strålingen, der skubber udad fra den varme gas, balancerer tyngdekraften, der trækker gassen indad. Begge sorte huller vokser derfor omtrent så hurtigt, som fysikken normalt tillader.

“Der er ingen endelig teoretisk forklaring på, hvordan en enkelt af disse gigantiske kvasarer kan eksistere så tidligt i vores univers’ tidsalder, endsige to,” sagde Onorato i NOIRLab-meddelelsen.

Sådan fandt Webb og Gemini den anden kvasar

Parret dukkede op i Aether-undersøgelsen, et Webb-program ledet af Emanuele Paolo Farina fra NSF NOIRLab og International Gemini Observatory. Undersøgelsen retter Webbs nær-infrarøde spektrograf mod 200 kvasarer fra den første milliard år, omkring 43 procent af alle kendte kvasarer fra den periode. I stedet for et enkelt spektrum optager instrumentet et separat spektrum for hver lille plet af himlen omkring hvert mål.

Under en visuel gennemgang af hver dataterning bemærkede holdet, at den kendte kvasar J1602+4228 havde en svag følgesvend i næsten nøjagtig samme afstand. Ud af de 199 undersøgte felter er det den eneste følgesvendskvasar med brede emissionslinjer, signaturen på hurtigt bevægende gas tæt på et sort hul. Webb observerede dette felt i omkring 45 minutter.

Følgesvenden er omkring 19 gange svagere end hovedkvasaren, og de to er adskilt på himlen med lige under et buesekund, omtrent bredden af en mønt set fra fire kilometers afstand. For at bekræfte det som et separat objekt vendte holdet sig mod Gemini Near-Infrared Spectrograph på Gemini North-teleskopet på Maunakea i Hawaiʻi og placerede spalten, så den dækkede begge kvasarer på én gang. Den svage kvasar fik mere end tre timers eksponering. “Himlen over Maunakea var så ren og skarp, at vi lykkedes med at indsamle dataene på kun to nætter,” sagde Onorato. Et tredje instrument, Gemini Multi-Object Spectrograph, tilføjede optisk lys fra den svage følgesvend.

Rødforskydningerne af de to kvasarer, et mål for hvor meget universets udvidelse har strakt deres lys, adskiller sig med kun omkring 15 kilometer i sekundet, hvilket placerer dem i det væsentlige i samme afstand fra Jorden.

Hvor tæt er tæt for sorte huller i denne alder

Dette er kun det tredje kvasarpar fundet ved kosmisk daggry, epoken med de første galakser, og det er det tætteste. Det tidligere mest kompakte tidlige par, J2037-4537, har en adskillelse på omkring 24.000 lysår og blev set omkring 100 millioner år senere i kosmisk historie. En anden kandidat fra en lignende epoke, J1215-0148, er omkring 39.000 lysår bred, og astronomer diskuterer stadig, om det er et ægte par.

Til sammenligning er Solen omkring 26.000 lysår fra Sagittarius A*, det sorte hul i centrum af vores galakse. Sagittarius A* vejer omkring fire millioner sole. Det større sorte hul i dette par er omkring 380 gange tungere, og det nåede den masse, da universet var omkring 6,5 procent af sin nuværende alder.

Holdet spurgte også, hvor ofte et par som dette burde dukke op. Målinger af, hvordan kvasarer klumper sig i store skalaer, ekstrapoleret ned til skalaen af dette par, forudsiger langt færre sådanne naboer end én ud af 199 felter. Det observerede par ligger 100 til 1.000 gange over disse ekstrapolationer, selv når holdet brugte en svagere lysstyrketærskel.

Hvad parret ikke afgør endnu

Det første åbne spørgsmål er, om disse virkelig er to kvasarer. En galakse, der ligger mellem os og en enkelt fjern kvasar, kan bøje dens lys og producere to billeder af det samme objekt, en effekt kaldet gravitationslinsning. Spektrene taler imod det. De to kvasarer adskiller sig i hældningen af deres lys og i, hvor meget støv dæmper dem, og de hurtigt bevægende udstrømninger af gas set i deres iltemissionslinjer har forskellige former, og linsning kan ikke ændre disse former. Holdet hælder derfor foreløbigt til et ægte par. Arkivbilleder fra Hubble viser dog en mulig forgrundsgalakse nær den svagere kvasar. Forfatterne skriver, at spektre alene ikke kan udelukke linsning, og en fuld linsemodel er stadig under forberedelse.

Den anden begrænsning er masserne selv. Sort-hul-vægte afledt af et enkelt spektrum har en systematisk usikkerhed på omkring en faktor to, så tallene 1,5 milliarder og 400 millioner er estimater, ikke præcise målinger.

Den tredje begrænsning vedrører overskuddet. Klumpforudsigelserne blev målt i meget større skalaer og skal ekstrapoleres langt under deres testede område, hvor forfatterne siger, at teorien er ekstremt usikker. Et enkelt par kan ikke vise, om sådanne systemer er almindelige, eller om dette er et sjældent tilfælde.

Hver for sig bryder de sorte huller ingen regler: deres masser og ædehastigheder matcher isolerede kvasarer fra samme epoke. Hvad der forbliver uforklaret, er, hvordan noget sort hul voksede til en milliard sole så hurtigt, og hvorfor to af dem gjorde det så tæt på hinanden.

Hvorfor en fusion kan forklare parret

Holdet foreslår, at Nāpōwawāʻenakaulua markerer en ekstrem top i tætheden af stof i det tidlige univers, et sted, hvor kolliderende galakser skubbede store mængder gas mod deres centre. Den gas ville brændstof til stjernedannelse og begge sorte huller på samme tid, hvilket ville forklare, hvorfor to kvasarer tændte sammen.

Hvis de to værtsgalakser fusionerer, bør de sorte huller til sidst synke mod midten af den kombinerede galakse, danne et bundet par og i en fjern fremtid fusionere. Par som dette er det tidlige stadie af den proces, der menes at producere den svage baggrund af gravitationsbølger, som NANOGrav-samarbejdet har rapporteret.

Spørgsmål læsere stiller om kvasarparet

Hvad er et kvasarpar?

Et kvasarpar er to aktivt ædende supermassive sorte huller, der sidder tæt sammen i rummet, normalt fordi deres værtsgalakser interagerer eller fusionerer. Meget få er blevet fundet i den første milliard år efter Big Bang.

Hvor langt væk er Nāpōwawāʻenakaulua?

Dets lys forlod parret omkring 900 millioner år efter Big Bang, hvilket svarer til en rødforskydning på omkring 6,08. Lyset har rejst i næsten 13 milliarder år for at nå Webb.

Hvordan vejer astronomer et sort hul så langt væk?

De måler bredden af brintemissionslinjer fra gas, der kredser om det sorte hul. Hurtigere kredsløb betyder bredere linjer, og kombineret med kvasarens lysstyrke giver bredden et masseestimat. Disse enkelt-spektrum estimater er usikre med omkring en faktor to.

Kunne den anden kvasar være en illusion forårsaget af gravitationslinsning?

Det er muligt, men anses for mindre sandsynligt. De to spektre adskiller sig på måder, linsning ikke burde producere, især i formerne på deres gasudstrømninger, men en kandidatforgrundsgalakse er blevet set i Hubble-billeder. En detaljeret linsemodel vil teste idéen.

Hvad kommer der næst

Webb optog opdagelsesdataene den 2. april 2025, Gemini-opfølgningen fortsatte ind i dette år, og artiklen blev offentliggjort den 10. november 2026. Onoratos hold forbereder nu et dynamisk studie af gassen, der bevæger sig mellem de to kvasarer, og en linsemodel baseret på arkivbilleder fra Hubble. En separat artikel ledet af Roberto Decarli fra Italiens Nationale Institut for Astrofysik vil rapportere om følgesvendegalakserne fundet på tværs af hele Aether-undersøgelsen, det første skridt mod den statistiske stikprøve, der kan vise, om par som dette er almindelige eller sjældne.

Kilde: 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: astronomi, James Webb Space Telescope, JWST, sorte huller, Gemini North, kvasarer