Webb fant to gigantiske sorte hull side om side 900 millioner år etter Big Bang

James Webb-romteleskopet har oppdaget to supermassive sorte hull som spiser side om side, i en tid da universet var mindre enn én milliard år gammelt. De utgjør det eldste kompakte kvasarparet som noensinne er identifisert, og avstanden mellom dem er kortere enn avstanden mellom solen vår og sentrum av Melkeveien.

Paret er viktig fordi ingen forventet å finne et så tidlig eksemplar. De to sorte hullene veier hver flere hundre millioner til milliarder ganger solens masse, og sannsynligheten for å finne to av dem så tett sammen i denne epoken er langt høyere enn dagens modeller av det unge universet forutsier.

Systemet har den offisielle betegnelsen J1602+4228AB. Det hawaiiske navnet, Nāpōwawāʻenakaulua, ble skapt av Larry Kimura ved University of Hawaiʻis hawaiiske språkkollegium gjennom navneprogrammet A Hua He Inoa. Det oversettes til «To himmellegemer av bunnløs mektig mørke i glansen av varme som reinkarnerer energi ut i universet.» Studien, ledet av Silvia Onorato ved NSF NOIRLab, er publisert i The Astrophysical Journal Letters.

Lyset vi ser, forlot paret omtrent 900 millioner år etter Big Bang. Det største sorte hullet veier omtrent 1,5 milliarder ganger solens masse, og det minste omtrent 400 millioner. De ligger omtrent 18 100 lysår fra hverandre, omtrent en femtedel av Melkeveiens diameter.

En kvasar er et supermassivt sort hull som sluker så mye gass at materien rundt det skinner sterkere enn alle stjernene i vertsgalaksen. Begge medlemmene av dette paret spiser ved eller litt over Eddington-grensen, den raten der strålingen som presses utover fra den varme gassen balanserer tyngdekraften som trekker gassen innover. Begge sorte hullene vokser derfor omtrent så raskt som fysikken normalt tillater.

«Det finnes ingen definitiv teoretisk forklaring på hvordan en enkelt av disse gigantiske kvasarene kan eksistere så tidlig i universets historie, langt mindre to,» sa Onorato i NOIRLabs kunngjøring.

Slik fant Webb og Gemini den andre kvasaren

Paret dukket opp i Aether-undersøkelsen, et Webb-program ledet av Emanuele Paolo Farina ved NSF NOIRLab og International Gemini Observatory. Undersøkelsen retter Webbs nær-infrarøde spektrograf mot 200 kvasarer fra den første milliarden år, omtrent 43 prosent av alle kjente kvasarer fra den perioden. I stedet for et enkelt spektrum, registrerer instrumentet et eget spektrum for hver lille flekk av himmelen rundt hvert mål.

Under en visuell sjekk av hver datakube la teamet merke til at den kjente kvasaren J1602+4228 hadde en svak følgesvenn på nesten nøyaktig samme avstand. Av de 199 undersøkelsesfeltene som ble gjennomsøkt, er det den eneste følgesvennkvasaren med brede emisjonslinjer, signaturen til raskt bevegelig gass nær et sort hull. Webb observerte dette feltet i omtrent 45 minutter.

Følgesvennen er omtrent 19 ganger svakere enn hovedkvasaren, og de to er adskilt på himmelen med i underkant av ett buesekund, omtrent bredden av en mynt sett fra fire kilometers avstand. For å bekrefte at det var et eget objekt, vendte teamet seg til Gemini Near-Infrared Spectrograph på Gemini North-teleskopet på Maunakea på Hawaiʻi, og plasserte spalten slik at den dekket begge kvasarene samtidig. Den svake kvasaren fikk mer enn tre timers eksponering. «Himmelen over Maunakea var så ren og skarp at vi klarte å samle inn dataene på bare to netter,» sa Onorato. Et tredje instrument, Gemini Multi-Object Spectrograph, tilførte optisk lys fra den svake følgesvennen.

Rødforskyvningene til de to kvasarene, et mål på hvor mye universets utvidelse har strukket lyset deres, skiller seg med bare omtrent 15 kilometer per sekund, noe som plasserer dem på i praksis samme avstand fra jorden.

Hvor tett er tett for sorte hull i denne alderen

Dette er bare det tredje kvasarparet som er funnet ved kosmisk morgen, epoken med de første galaksene, og det er det tetteste. Det forrige mest kompakte tidlige paret, J2037-4537, har en avstand på omtrent 24 000 lysår og ble sett omtrent 100 millioner år senere i kosmisk historie. En annen kandidat fra en lignende epoke, J1215-0148, er omtrent 39 000 lysår bred, og astronomer diskuterer fortsatt om det er et ekte par.

For sammenligningens skyld: Solen er omtrent 26 000 lysår fra Sagittarius A*, det sorte hullet i sentrum av galaksen vår. Sagittarius A* veier omtrent fire millioner solmasser. Det større sorte hullet i dette paret er omtrent 380 ganger tyngre, og det nådde den massen da universet var omtrent 6,5 prosent av sin nåværende alder.

Teamet spurte også hvor ofte et slikt par burde dukke opp. Målinger av hvordan kvasarer klynger seg i stor skala, nedskalert til skalaen til dette paret, forutsier langt færre slike naboer enn én av 199 felt. Det observerte paret ligger 100 til 1000 ganger over disse ekstrapolasjonene, selv når teamet brukte en svakere lysstyrketerskel.

Hva paret ikke avgjør ennå

Det første åpne spørsmålet er om dette virkelig er to kvasarer. En galakse som ligger mellom oss og en enkelt fjern kvasar kan bøye lyset og produsere to bilder av samme objekt, en effekt som kalles gravitasjonslinsing. Spektrene taler mot dette. De to kvasarene skiller seg i lysets helning og i hvor mye støv demper dem, og de raskt bevegelige gassutstrømningene sett i oksygenemisjonslinjene har forskjellige former, og linsing kan ikke endre disse formene. Teamet heller derfor foreløpig mot et ekte par. Arkivbilder fra Hubble viser imidlertid en mulig forgrunnsgalakse nær den svakere kvasaren. Forfatterne skriver at spektre alene ikke kan utelukke linsing, og en full linsemodell er fortsatt under arbeid.

Den andre begrensningen er massene selv. Sort-hull-vekter utledet fra et enkelt spektrum har en systematisk usikkerhet på omtrent en faktor to, så tallene 1,5 milliarder og 400 millioner er estimater, ikke presise målinger.

Den tredje begrensningen gjelder overskuddet. Klyngeforutsigelsene ble målt på mye større skalaer og må ekstrapoleres langt under deres testede område, der forfatterne sier at teorien er ekstremt usikker. Ett par kan ikke vise om slike systemer er vanlige eller om dette er et sjeldent sammentreff.

Hver for seg bryter de sorte hullene ingen regler: massene og spiseratene deres samsvarer med enslige kvasarer fra samme epoke. Det som fortsatt er uforklarlig, er hvordan noe sort hull vokste til en milliard solmasser så raskt, og hvorfor to av dem gjorde det så tett sammen.

Hvorfor en sammensmelting kan forklare paret

Teamet foreslår at Nāpōwawāʻenakaulua markerer en ekstrem topp i tettheten av materie i det tidlige universet, et sted der kolliderende galakser presset store mengder gass mot sentrene sine. Den gassen ville brenne både stjernedannelse og begge sorte hullene samtidig, noe som ville forklare hvorfor to kvasarer ble tent samtidig.

Hvis de to vertsgalaksene smelter sammen, bør de sorte hullene etter hvert synke mot sentrum av den kombinerte galaksen, danne et bundet par og, i en fjern fremtid, smelte sammen. Par som dette er det tidlige stadiet av prosessen som antas å produsere den svake bakgrunnen av gravitasjonsbølger rapportert av NANOGrav-samarbeidet.

Spørsmål lesere stiller om kvasarparet

Hva er et kvasarpar?

Et kvasarpar er to aktivt spisende supermassive sorte hull som sitter tett sammen i rommet, vanligvis fordi vertsgalaksene deres interagerer eller smelter sammen. Svært få er funnet i den første milliarden år etter Big Bang.

Hvor langt unna er Nāpōwawāʻenakaulua?

Lyset forlot paret omtrent 900 millioner år etter Big Bang, noe som tilsvarer en rødforskyvning på omtrent 6,08. Lyset har reist i nesten 13 milliarder år for å nå Webb.

Hvordan veier astronomer et sort hull så langt unna?

De måler bredden på hydrogenemisjonslinjer fra gass som kretser rundt det sorte hullet. Raskere baner gir bredere linjer, og kombinert med kvasarens lysstyrke gir bredden et masseestimat. Disse estimatene fra enkeltspektre er usikre med omtrent en faktor to.

Kan den andre kvasaren være en illusjon forårsaket av gravitasjonslinsing?

Det er mulig, men anses som mindre sannsynlig. De to spektrene skiller seg på måter linsing ikke burde produsere, spesielt i formene på gassutstrømningene deres, men en mulig forgrunnsgalakse er blitt oppdaget i Hubble-bilder. En detaljert linsemodell vil teste ideen.

Hva skjer nå

Webb registrerte oppdagelsesdataene 2. april 2025, Gemini-oppfølgingen fortsatte inn i dette året, og artikkelen ble publisert 10. november 2026. Onoratos team forbereder nå en dynamisk studie av gassen som beveger seg mellom de to kvasarene og en linsemodell basert på arkivbilder fra Hubble. En separat artikkel ledet av Roberto Decarli ved Italias nasjonale institutt for astrofysikk vil rapportere følgesvenngalaksene funnet i hele Aether-undersøkelsen, det første skrittet mot det statistiske utvalget som kan vise om par som dette er vanlige eller sjeldne.

Referanse: 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

Tagger: astronomi, James Webb Space Telescope, JWST, Gemini North, sorte hull, kvasarer