Webb hittar två jättelika svarta hål sida vid sida 900 miljoner år efter big bang

James Webbrymdteleskopet har hittat två supermassiva svarta hål som samtidigt slukar materia sida vid sida, från en tid då universum var mindre än en miljard år gammalt. De utgör det äldsta kompakta kvasarparet som någonsin identifierats, och avståndet mellan dem är kortare än avståndet mellan solen och Vintergatans centrum.

Paret är viktigt eftersom ingen förväntade sig att fånga ett så tidigt exemplar. De två svarta hålen väger var för sig hundratals miljoner till miljarder gånger solens massa, och sannolikheten att hitta två så här nära varandra vid den epoken är långt högre än vad dagens modeller av det unga universum förutspår.

Systemet heter officiellt J1602+4228AB. Dess hawaiianska namn, Nāpōwawāʻenakaulua, skapades av Larry Kimura vid University of Hawaiʻis hawaiianska språkinstitution genom namngivningsprogrammet A Hua He Inoa. Det översätts som ”Två himlakroppar av bottenlöst mäktigt mörker i glansen från hetta som återföder energi till universum.” Studien, som leds av Silvia Onorato vid NSF NOIRLab, publiceras i The Astrophysical Journal Letters.

Ljuset vi ser lämnade paret för omkring 900 miljoner år efter big bang. Det större svarta hålet väger cirka 1,5 miljarder solmassor och det mindre omkring 400 miljoner. De befinner sig ungefär 18 100 ljusår från varandra, vilket är omkring en femtedel av Vintergatans diameter.

En kvasar är ett supermassivt svart hål som slukar så mycket gas att materien runt det lyser starkare än alla stjärnor i sin värdgalax. Båda medlemmarna i detta par äter vid eller strax över Eddingtongränsen, den takt där strålningstrycket utåt från den heta gasen balanserar gravitationen som drar gasen inåt. Båda svarta hålen växer därför ungefär så snabbt som fysiken normalt tillåter.

”Det finns ingen definitiv teoretisk förklaring till hur en enda av dessa jättekvasarer kan existera så tidigt i vårt universums historia, än mindre två”, sade Onorato i NOIRLabs tillkännagivande.

Så hittade Webb och Gemini den andra kvasaren

Paret dök upp i Aether-undersökningen, ett Webb-program lett av Emanuele Paolo Farina vid NSF NOIRLab och International Gemini Observatory. Undersökningen riktar Webbs nära-infraröda spektrograf mot 200 kvasarer från den första miljarden år, omkring 43 procent av alla kända kvasarer från den perioden. I stället för ett enda spektrum registrerar instrumentet ett separat spektrum för varje liten himmelsfläck runt varje mål.

Vid en visuell kontroll av varje datakub märkte teamet att den kända kvasaren J1602+4228 hade en svag följeslagare på nästan exakt samma avstånd. Av de 199 undersökningsfält som genomsökts är det den enda följeslagarkvasaren med breda emissionslinjer, signaturen från snabbt rörlig gas nära ett svart hål. Webb observerade detta fält i cirka 45 minuter.

Följeslagaren är ungefär 19 gånger svagare än huvudkvasaren, och de två är på himlen separerade med knappt en bågsekund, ungefär bredden av ett mynt sett från fyra kilometers avstånd. För att bekräfta att det rör sig om ett separat objekt vände sig teamet till Gemini Near-Infrared Spectrograph på Gemini North-teleskopet på Maunakea på Hawaiʻi och placerade spalten så att den täckte båda kvasarerna samtidigt. Den svaga kvasaren exponerades i mer än tre timmar. ”Himlen över Maunakea var så ren och skarp att vi lyckades samla in data på bara två nätter”, sade Onorato. Ett tredje instrument, Gemini Multi-Object Spectrograph, tillförde optiskt ljus från den svaga följeslagaren.

Rödförskjutningarna för de två kvasarerna, ett mått på hur mycket universums expansion har töjt deras ljus, skiljer sig med endast cirka 15 kilometer per sekund, vilket placerar dem på i stort sett samma avstånd från jorden.

Så nära är nära för svarta hål i denna ålder

Detta är bara det tredje kvasarparet som hittats vid kosmisk gryning, eran för de första galaxerna, och det är det tätaste. Det tidigare mest kompakta tidiga paret, J2037-4537, har en separation på cirka 24 000 ljusår och sågs ungefär 100 miljoner år senare i kosmisk historia. En annan kandidat från en liknande epok, J1215-0148, är cirka 39 000 ljusår bred, och astronomer diskuterar fortfarande om det är ett verkligt par.

Som jämförelse är solen cirka 26 000 ljusår från Sagittarius A*, det svarta hålet i centrum av vår galax. Sagittarius A* väger cirka fyra miljoner solmassor. Det större svarta hålet i detta par är ungefär 380 gånger tyngre, och det nådde den massan när universum var omkring 6,5 procent av sin nuvarande ålder.

Teamet frågade sig också hur ofta ett sådant par borde dyka upp. Mätningar av hur kvasarer hopar sig på stora skalor, nedbrutna till detta pars skala, förutspår långt färre sådana grannar än ett på 199 fält. Det observerade paret ligger 100 till 1 000 gånger över dessa extrapolationer, även när teamet använde en svagare ljusstyrketröskel.

Vad paret inte avgör ännu

Den första öppna frågan är om det verkligen rör sig om två kvasarer. En galax som ligger mellan oss och en enda avlägsen kvasar kan böja dess ljus och producera två bilder av samma objekt, en effekt som kallas gravitationslinsning. Spektra talar emot det. De två kvasarerna skiljer sig i ljusets lutning och i hur mycket damm som dämpar dem, och de snabba utflödena av gas som syns i deras syreemissionslinjer har olika former, och linsning kan inte ändra dessa former. Teamet lutar därför preliminärt åt ett verkligt par. Arkivbilder från Hubble visar dock en möjlig förgrundsgalax nära den svagare kvasaren. Författarna skriver att spektra ensamma inte kan utesluta linsning, och en fullständig linsmodell är fortfarande under arbete.

Den andra begränsningen gäller massorna själva. Vikter för svarta hål som härleds från ett enda spektrum har en systematisk osäkerhet på ungefär en faktor två, så siffrorna 1,5 miljarder och 400 miljoner är uppskattningar, inte exakta mätningar.

Den tredje begränsningen gäller överskottet. Klusterförutsägelserna mättes på mycket större skalor och måste extrapoleras långt under sitt testade intervall, där författarna säger att teorin är extremt osäker. Ett enda par kan inte visa om sådana system är vanliga eller om detta är en sällsynt slump.

Var för sig bryter de svarta hålen inga regler: deras massor och matningshastigheter matchar ensamma kvasarer från samma era. Det som fortfarande är oförklarat är hur något svart hål kunde växa till en miljard solmassor så snabbt, och varför två av dem gjorde det så nära varandra.

Varför en fusion kan förklara paret

Teamet föreslår att Nāpōwawāʻenakaulua markerar en extrem topp i materietätheten i det tidiga universum, en plats där kolliderande galaxer tryckte stora mängder gas mot sina centra. Den gasen skulle samtidigt driva stjärnbildning och båda svarta hålen, vilket skulle förklara varför två kvasarer tändes samtidigt.

Om de två värdgalaxerna håller på att fusionera, borde de svarta hålen så småningom sjunka mot den kombinerade galaxens centrum, bilda ett bundet par och, i en avlägsen framtid, fusioneras. Par som detta är det tidiga stadiet av den process som tros producera den svaga bakgrunden av gravitationsvågor som rapporterats av NANOGrav-samarbetet.

Frågor läsare ställer om kvasarparet

Vad är ett kvasarpar?

Ett kvasarpar är två aktivt matande supermassiva svarta hål som sitter nära varandra i rymden, vanligtvis för att deras värdgalaxer interagerar eller fusioneras. Mycket få har hittats under den första miljarden år efter big bang.

Hur långt bort är Nāpōwawāʻenakaulua?

Dess ljus lämnade paret för omkring 900 miljoner år efter big bang, vilket motsvarar en rödförskjutning på cirka 6,08. Ljuset har färdats i nästan 13 miljarder år för att nå Webb.

Hur väger astronomer ett svart hål så här långt bort?

De mäter bredden på väteemissionslinjer från gas som kretsar kring det svarta hålet. Snabbare banor ger bredare linjer, och i kombination med kvasarens ljusstyrka ger bredden en massuppskattning. Dessa enkelspektrumuppskattningar är osäkra med ungefär en faktor två.

Kan den andra kvasaren vara en illusion orsakad av gravitationslinsning?

Det är möjligt men anses mindre troligt. De två spektra skiljer sig på sätt som linsning inte borde producera, särskilt i formen på deras gasutflöden, men en kandidat till förgrundsgalax har setts i Hubble-bilder. En detaljerad linsmodell kommer att testa idén.

Vad som händer härnäst

Webb registrerade upptäcktsdata den 2 april 2025, Gemini-uppföljningen fortsatte in i detta år, och artikeln publicerades den 10 november 2026. Onoratos team förbereder nu en dynamisk studie av gasen som rör sig mellan de två kvasarerna och en linsmodell baserad på arkivbilder från Hubble. En separat artikel ledd av Roberto Decarli vid Italiens nationella institut för astrofysik kommer att rapportera om följeslagargalaxerna som hittats i hela Aether-undersökningen, det första steget mot det statistiska urval som kan visa om par som detta är vanliga eller sällsynta.

Referens: 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

Taggar: astronomi, James Webb Space Telescope, JWST, svarta hål, Gemini North, kvasarer