Webb trova due buchi neri giganti fianco a fianco 900 milioni di anni dopo il Big Bang

Il telescopio spaziale James Webb ha individuato due buchi neri supermassicci che si nutrono fianco a fianco quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni. Formano la coppia compatta di quasar più antica mai identificata, e la loro separazione è inferiore alla distanza tra il nostro Sole e il centro della Via Lattea.

La coppia è importante perché nessuno si aspettava di trovarne una così presto. I due buchi neri hanno masse comprese tra centinaia di milioni e miliardi di volte quella del Sole, e la probabilità di trovarne due così vicini in quell’epoca è molto più alta di quanto prevedano gli attuali modelli dell’universo giovane.

Il sistema si chiama ufficialmente J1602+4228AB. Il suo nome hawaiano, Nāpōwawāʻenakaulua, è stato creato da Larry Kimura del college di lingua hawaiana dell’Università delle Hawaii attraverso il programma di denominazione A Hua He Inoa. Si traduce come “Due corpi celesti di profonda e potente oscurità nello splendore del calore che reincarna energia nell’Universo”. Lo studio, guidato da Silvia Onorato del NSF NOIRLab, appare su The Astrophysical Journal Letters.

La luce che vediamo ha lasciato la coppia circa 900 milioni di anni dopo il Big Bang. Il buco nero più grande pesa circa 1,5 miliardi di masse solari e il più piccolo circa 400 milioni. Distano tra loro circa 18.100 anni luce, circa un quinto del diametro della Via Lattea.

Un quasar è un buco nero supermassiccio che inghiotte così tanto gas che la materia circostante supera in luminosità tutte le stelle della sua galassia ospite. Entrambi i membri di questa coppia si nutrono al limite di Eddington o leggermente al di sopra, il tasso al quale la radiazione che spinge verso l’esterno dal gas caldo bilancia la gravità che attira il gas verso l’interno. Entrambi i buchi neri stanno quindi crescendo più o meno alla velocità massima consentita dalla fisica.

“Non esiste una spiegazione teorica definitiva per come un singolo quasar gigante possa esistere così presto nell’età del nostro Universo, figuriamoci due”, ha dichiarato Onorato nell’annuncio del NOIRLab.

Come Webb e Gemini hanno trovato il secondo quasar

La coppia è emersa nel survey Aether, un programma di Webb guidato da Emanuele Paolo Farina del NSF NOIRLab e dell’International Gemini Observatory. Il survey punta lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb su 200 quasar del primo miliardo di anni, circa il 43% di tutti i quasar conosciuti di quel periodo. Invece di un singolo spettro, lo strumento registra uno spettro separato per ogni piccola porzione di cielo intorno a ciascun bersaglio.

Durante un controllo visivo di ogni cubo di dati, il team ha notato che il quasar noto J1602+4228 aveva un debole compagno a quasi esattamente la stessa distanza. Dei 199 campi del survey esaminati, è l’unico quasar compagno con linee di emissione larghe, la firma del gas in rapido movimento vicino a un buco nero. Webb ha osservato questo campo per circa 45 minuti.

Il compagno è circa 19 volte più debole del quasar principale, e i due sono separati nel cielo da poco meno di un arcosecondo, circa la larghezza di una moneta vista da quattro chilometri di distanza. Per confermarlo come oggetto separato, il team si è rivolto allo spettrografo Gemini Near-Infrared sul telescopio Gemini North sul Maunakea alle Hawaii, e ha posizionato la fenditura in modo da coprire entrambi i quasar contemporaneamente. Il quasar debole ha ricevuto più di tre ore di esposizione. “Il cielo sopra il Maunakea era così pulito e nitido che siamo riusciti a raccogliere i dati in sole due notti”, ha detto Onorato. Un terzo strumento, il Gemini Multi-Object Spectrograph, ha aggiunto la luce ottica del debole compagno.

I redshift dei due quasar, una misura di quanto l’espansione dell’universo ha allungato la loro luce, differiscono di solo circa 15 chilometri al secondo, il che li colloca essenzialmente alla stessa distanza dalla Terra.

La coppia di quasar più stretta dell’universo primordiale

Questa è solo la terza coppia di quasar trovata all’alba cosmica, l’era delle prime galassie, ed è la più stretta. La precedente coppia compatta più antica, J2037-4537, ha una separazione di circa 24.000 anni luce ed è stata vista circa 100 milioni di anni dopo nella storia cosmica. Un altro candidato di epoca simile, J1215-0148, è largo circa 39.000 anni luce, e gli astronomi discutono ancora se sia una vera coppia.

Per dare un’idea, il Sole dista circa 26.000 anni luce da Sagittarius A*, il buco nero al centro della nostra galassia. Sagittarius A* pesa circa quattro milioni di Soli. Il buco nero più grande di questa coppia è circa 380 volte più pesante, e ha raggiunto quella massa quando l’universo aveva circa il 6,5% della sua età attuale.

Il team si è anche chiesto con quale frequenza dovrebbe presentarsi una coppia del genere. Le misurazioni di come i quasar si raggruppano su larga scala, estese fino alla scala di questa coppia, prevedono molti meno vicini di uno ogni 199 campi. La coppia osservata si colloca da 100 a 1.000 volte al di sopra di quelle estrapolazioni, anche quando il team ha utilizzato una soglia di luminosità più debole.

Cosa la coppia non risolve ancora

La prima domanda aperta è se si tratti davvero di due quasar. Una galassia situata tra noi e un singolo quasar distante può piegarne la luce e produrre due immagini dello stesso oggetto, un effetto chiamato lente gravitazionale. Gli spettri depongono contro questa ipotesi. I due quasar differiscono per la pendenza della loro luce e per quanto la polvere li oscura, e i flussi di gas in rapida espulsione visibili nelle loro linee di emissione dell’ossigeno hanno forme diverse, e la lente non può cambiare quelle forme. Il team quindi propende cautamente per una vera coppia. Tuttavia, immagini d’archivio di Hubble mostrano una possibile galassia in primo piano vicino al quasar più debole. Gli autori scrivono che gli spettri da soli non possono escludere la lente, e un modello completo di lente è ancora in preparazione.

Il secondo limite riguarda le masse stesse. I pesi dei buchi neri derivati da un singolo spettro hanno un’incertezza sistematica di circa un fattore due, quindi le cifre di 1,5 miliardi e 400 milioni sono stime, non misure precise.

Il terzo limite riguarda l’eccesso. Le previsioni di clustering sono state misurate su scale molto più grandi e devono essere estese ben al di sotto del loro intervallo testato, dove gli autori affermano che la teoria è estremamente incerta. Una singola coppia non può mostrare se tali sistemi siano comuni o se questa sia una rara coincidenza.

Individualmente, i buchi neri non infrangono alcuna regola: le loro masse e i tassi di alimentazione corrispondono a quelli dei quasar solitari della stessa epoca. Ciò che rimane inspiegabile è come un buco nero sia cresciuto fino a un miliardo di Soli così rapidamente, e perché due lo abbiano fatto così vicini.

Perché una fusione potrebbe spiegare la coppia

Il team propone che Nāpōwawāʻenakaulua segni un picco estremo nella densità di materia nell’universo primordiale, un luogo dove galassie in collisione hanno spinto grandi quantità di gas verso i loro centri. Quel gas alimenterebbe la formazione stellare e entrambi i buchi neri contemporaneamente, il che spiegherebbe perché due quasar si siano accesi insieme.

Se le due galassie ospiti si stanno fondendo, i buchi neri dovrebbero alla fine sprofondare verso il centro della galassia combinata, formare una coppia legata e, in un futuro lontano, fondersi. Coppie come questa sono lo stadio iniziale del processo che si ritiene produca il debole fondo di onde gravitazionali riportato dalla collaborazione NANOGrav.

Domande dei lettori sulla coppia di quasar

Cos’è una coppia di quasar?

Una coppia di quasar è costituita da due buchi neri supermassicci in fase di alimentazione attiva che si trovano vicini nello spazio, di solito perché le loro galassie ospiti stanno interagendo o fondendosi. Molto poche sono state trovate nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang.

Quanto è lontano Nāpōwawāʻenakaulua?

La sua luce ha lasciato la coppia circa 900 milioni di anni dopo il Big Bang, che corrisponde a un redshift di circa 6,08. La luce ha viaggiato per quasi 13 miliardi di anni per raggiungere Webb.

Come fanno gli astronomi a pesare un buco nero così lontano?

Misurano la larghezza delle linee di emissione dell’idrogeno provenienti dal gas in orbita attorno al buco nero. Orbite più veloci significano linee più larghe, e combinate con la luminosità del quasar, la larghezza fornisce una stima della massa. Queste stime da singolo spettro sono incerte di circa un fattore due.

Il secondo quasar potrebbe essere un’illusione causata dalla lente gravitazionale?

È possibile ma considerato meno probabile. I due spettri differiscono in modi che la lente non dovrebbe produrre, specialmente nelle forme dei loro flussi di gas, ma una possibile galassia in primo piano è stata individuata nelle immagini di Hubble. Un modello dettagliato di lente metterà alla prova l’idea.

Prossimi passi

Webb ha registrato i dati della scoperta il 2 aprile 2025, il follow-up di Gemini è proseguito fino a quest’anno, e l’articolo è stato pubblicato il 10 novembre 2026. Il team di Onorato sta ora preparando uno studio dinamico del gas che si muove tra i due quasar e un modello di lente basato su immagini d’archivio di Hubble. Un articolo separato guidato da Roberto Decarli dell’Istituto Nazionale di Astrofisica italiano riporterà le galassie compagne trovate in tutto il survey Aether, il primo passo verso il campione statistico che può mostrare se coppie come questa siano comuni o rare.

Riferimento: 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

Tag: astronomia, James Webb Space Telescope, JWST, buchi neri, Gemini North, quasar